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Qu’est-ce que le traitement thermique des métaux ? Quelle utilité ?

Il existe, de nos jours, plusieurs manières de travailler le métal industriel. Parmi les plus utilisées, on retrouve le traitement thermique des métaux, qui permet de modifier l’aspect, la solidité ou encore la résistance des pièces métalliques.

 

Définition du traitement thermique des métaux

La norme NF EN ISO 4885, qui remplace la norme NF EN 10052 définit le traitement thermique des métaux comme « une succession d’opérations au cours desquelles un produit ferreux ou métallique solide est soumis en totalité ou partiellement à des cycles thermiques pour obtenir un changement de ses propriétés et/ou de sa structure ». 

En d’autres mots, ce procédé consiste à soumettre des pièces métalliques à des cycles de températures spécifiques dans le but de modifier leurs propriétés initiales. Il permet, par exemple, de rendre ces pièces plus solides, plus résistantes à l’usure ou encore d’améliorer leur ductilité, c’est-à-dire leur capacité à se déformer sans se rompre. 

Le traitement thermique des métaux s’opère dans un four, où les pièces sont d’abord chauffées à une température spécifique et dans une atmosphère contrôlée ou sous vide, conférant au métal les propriétés souhaitées. Ce procédé s’emploie dans la plupart des secteurs industriels : aéronautique, automobile, industrie de haute précision… Et s’applique à l’acier, l’acier inoxydable ainsi qu’aux alliages de fer, de cuivre de titane et d’aluminium.
 

Cycle de traitement thermique des métaux : cas de la trempe

Le cycle de traitement thermique des métaux comporte trois phases : la montée en température, le maintien de celle-ci et la phase de refroidissement. Ce procédé consiste ensuite à agir sur le temps, le milieu de séjour, l’atmosphère et la température. 

Une fois installées dans le four, les pièces métalliques à transformer sont d’abord soumises à une phase de chauffage, puis maintenues à une certaine température et refroidies de manière plus ou moins rapide.

On agit également sur l’atmosphère gazeuse, qui peut s’avérer neutre ou réactive si elle présente du carbone ou de l’azote. La phase de refroidissement peut aussi se faire sous vide, dans l’eau, dans un bain de sels ou encore dans l’huile, en fonction du matériau.
 

Les techniques de traitement thermique du métal

Parmi les méthodes les plus courantes pour transformer les métaux grâce aux changements de température, on retrouve notamment la trempe, le recuit ou encore le revenu. Chacune remplit un objectif bien précis, qu’il s’agisse de modifier l’aspect physique d’une pièce ou bien d’améliorer sa résistance à l’usure.
 

Techniques de durcissement du métal

Les méthodes de durcissement les plus connues restent la trempe et le revenu. 
Dans le cas d’un durcissement par trempe, on chauffe d’abord la pièce avant de la refroidir à une vitesse définie en la plongeant dans l’eau, dans l’huile ou en l’exposant à un gaz. Cette technique durcit considérablement le métal mais n’agit pas sur sa ductilité. 

On complète donc parfois cette étape avec celle du revenu. Dans ce cas, la pièce est chauffée en une ou plusieurs phases et maintenue à température pendant un temps donné puis refroidie de manière spéciale. Comme son nom l’indique, le revenu intervient après une opération de trempe. 

Pour durcir le métal, il existe d’autres méthodes telles que la cémentation, la carbonitruration, nitruration ou encore la nitrocarburation. Certaines opérations complémentaires sont d’ailleurs réalisées à basse température, jusqu’à -150 degrés, avec de l’azote liquide dans des cellules cryogéniques.
 

Techniques d’usinabilité et de modification de l’aspect d’une pièce

Le traitement thermique des métaux peut également servir à travailler sur l’usinabilité ou l’aspect des pièces métalliques. On utilise alors d’autres techniques, comme le recuit ou l’hypertrempe pour les aciers inoxydables. 

Dans le premier cas, on chauffe le métal entre 450 et 1 100 degrés, on maintient à température pendant un certain temps et on refroidit la pièce plus ou moins vite, ce qui permet d’agir sur sa forme. 

L’hypertrempe implique un refroidissement plus rapide mais laisse également la possibilité d’agir sur l’aspect de la pièce et la résistance à la corrosion.

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