Résumé des connaissances de base sur le traitement thermique des métaux

Le traitement thermique des métaux est l’un des processus importants dans la fabrication mécanique. Comparé à d'autres processus de traitement, le traitement thermique ne modifie généralement pas la forme et la composition chimique globale du produit en acier, mais modifie la microstructure à l'intérieur de l'article ou modifie la composition chimique de la surface, conférant ou améliorant ainsi les performances du produit. Le traitement thermique des métaux a pour but d’améliorer la qualité intrinsèque du métal afin qu’il présente les propriétés mécaniques, physiques et chimiques requises. Outre le choix raisonnable des matériaux et les différents procédés de formage, les procédés de traitement thermique sont souvent indispensables. L’acier est le matériau le plus utilisé dans l’industrie mécanique. La microstructure de l'acier est complexe et peut être contrôlée grâce à un traitement thermique. Par conséquent, le traitement thermique de l’acier constitue le contenu principal du traitement thermique des métaux.

Processus de traitement thermique

Le processus de traitement thermique comprend généralement trois processus : le chauffage, l’isolation et le refroidissement. Parfois, il n’y a que deux processus : le chauffage et le refroidissement. Ces processus sont interconnectés et ne peuvent être interrompus. Le chauffage est l'un des processus importants du traitement thermique. Il existe de nombreuses méthodes de chauffage pour le traitement thermique des métaux. Le charbon de bois et le charbon ont d'abord été utilisés comme sources de chaleur, et plus récemment des combustibles liquides et gazeux. L'application de l'électricité rend le chauffage facile à contrôler et ne pollue pas l'environnement. Ces sources de chaleur peuvent être utilisées pour un chauffage direct ou indirect via du sel ou du métal fondu, voire des particules flottantes.

La température de chauffage est l’un des paramètres importants du processus de traitement thermique. La sélection et le contrôle de la température de chauffage sont les principaux enjeux pour garantir la qualité du traitement thermique. La température de chauffage varie en fonction du matériau métallique traité et de l'objectif du traitement thermique, mais elle est généralement chauffée au-dessus de la température de transformation de phase pour obtenir une structure à haute température. De plus, la transformation demande un certain temps. Par conséquent, lorsque la surface du métal atteint la température de chauffage requise, elle doit être maintenue à cette température pendant un certain temps pour que les températures internes et externes soient cohérentes et que la transformation de la microstructure soit complète. Cette période de temps est appelée isolation. Lors de l'utilisation d'un chauffage à haute densité énergétique et d'un traitement thermique de surface, la vitesse de chauffage est généralement rapide et il n'y a généralement pas de temps d'isolation, tandis que le temps d'isolation pour le traitement thermique chimique est souvent plus long.

Le refroidissement est également une étape indispensable dans le processus de traitement thermique. Les méthodes de refroidissement varient en fonction du processus, contrôlant principalement la vitesse de refroidissement. Généralement, le recuit a la vitesse de refroidissement la plus lente, la normalisation a une vitesse de refroidissement plus rapide et la trempe a une vitesse de refroidissement plus rapide que la normalisation. Mais il existe également des exigences différentes en raison des différents types d'acier.

Traitement thermique des surfaces est un processus de traitement thermique du métal qui chauffe uniquement la couche superficielle du métal pour modifier les propriétés mécaniques de la couche superficielle. Afin de chauffer uniquement la surface du métal sans transférer trop de chaleur à l'intérieur du métal, la source de chaleur utilisée doit avoir une densité énergétique élevée, c'est-à-dire qu'une grande quantité d'énergie thermique est donnée au métal par unité de surface, de sorte que la surface ou une partie du métal puisse atteindre des températures élevées en peu de temps. Les principales méthodes de traitement thermique de surface comprennent la trempe à la flamme et le traitement thermique par chauffage par induction. Les sources de chaleur couramment utilisées comprennent l'oxygène acétylène, l'oxygène propane, le courant induit, le laser et le faisceau d'électrons.

Traitement thermique chimique est un processus de traitement thermique du métal qui modifie la composition chimique, la structure et les propriétés de la surface du métal. Le traitement thermique chimique consiste à chauffer le métal dans un milieu (gaz, liquide, solide) contenant du carbone, du sel ou d'autres éléments d'alliage, et à le maintenir au chaud pendant une longue période, afin que la surface du métal puisse pénétrer des éléments tels que le carbone, l'azote, le bore et le chrome. Une fois les éléments infiltrés, d’autres processus de traitement thermique tels que la trempe et le revenu sont parfois effectués. Les principales méthodes de traitement thermique chimique comprennent la cémentation, la nitruration et la métallisation.

D’une manière générale, le traitement thermique des métaux est l’un des processus importants dans le processus de fabrication de pièces mécaniques, d’outils et de moules. Il peut garantir et améliorer diverses propriétés du métal, telles que la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, etc. D'autre part, il peut également améliorer la structure et l'état de contrainte de l'ébauche pour faciliter divers traitements à froid et à chaud.