Traitements thermiques dans la masse des aciers. Introduction

par Guy MURRYIngénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble, Docteur-IngénieurIngénieur-Conseil Métallurgie et AciersAncien directeur de l’OTUA

es industries mécaniques utilisent des aciers de construction pour trai-tement thermique qui doivent avoir les propriétés optimales qui leur per-

mettent de satisfaire aux exigences imposées par les sollicitations auxquelles ilsL

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sont soumis pendant leur service. Dans ces conditions, il est nécessaire (techni-quement mais aussi économiquement) que leurs caractéristiques de résistancesoient portées aux valeurs maximales compatibles avec les niveaux que doiventatteindre les caractéristiques de ductilité pour assurer la sécurité du fonctionne-ment en service. Ce résultat est généralement obtenu en faisant subir aux aciersun traitement thermique de durcissement par trempe et revenu.

Mais les mécaniciens demandent, le plus souvent que la mise en œuvre desaciers soit facile, c’est-à-dire que leurs propriétés soient telles que l’usinage oula mise en forme à froid, pour ne prendre que les moyens de mise en forme lesplus utilisés, soient réalisables dans les conditions techniques et économiquesjugées les plus intéressantes. Cela exige que les caractéristiques de résistancede l’acier soient plus ou moins voisines des valeurs minimales qu’elles peuventprendre (et que, corrélativement, les caractéristiques de ductilité atteignent leursvaleurs maximales) et donc que l’acier ait été préalablement adouci.

Il est possible de satisfaire à ces deux exigences contradictoires si l’on met àprofit les facilités qu’offrent les changements d’état structural que l’on peut fairesubir aux aciers. Il a été montré, en effet (cf., dans ce traité, l’article« Transformations dans les aciers »), que les différentes structures qui peuventse former pendant la transformation γ → α des aciers ont des propriétés mécani-ques très différentes, qui vont de la dureté extrême des martensites (qui néces-site un revenu pour parvenir au meilleur compromis entre l’exploitation la pluspoussée de la capacité de durcissement et la conservation de la ductilité néces-saire) aux caractéristiques de résistance relativement faibles des structures ferri-toperlitiques.

Le tableau A montre, à titre d’exemple, ce que peut être, dans ces conditions,l’intervalle de variation de la dureté d’un acier du type 35CrMo4.

TRAITEMENTS THERMIQUES DANS LA MASSE DES ACIERS. INTRODUCTION ______________________________________________________________________

Une description globale du domaine dans lequel pourront varier les propriétésdes aciers après traitements (entre le durcissement maximal – état martensitiquerevenu – et l’adoucissement le plus poussé – état globulisé) est fournie par lafigure A. À lui seul, ce graphique constitue la preuve du très grand intérêt destraitements thermiques auxquels on peut soumettre les aciers, traitements quivont permettre d’exploiter tout le potentiel d’adaptation de ces matériaux aux

Tableau A – Dureté d’un acier 35CrMo4 dans différents états structuraux (valeurs indicatives)

ConstituantTempérature de formation

(˚C)Dureté (HV)

Ferrite + perlite (carbures globulaires) 700 175

Ferrite + perlite (carbures lamellaires) 650 à 600 190 à 250

Ferrite + perlite (carbures très fins) 550 260

Bainite moyenne 400 310

Bainite inférieure 350 420

Martensite revenue revenu à 525 ˚C 380

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conditions imposées d’une part par la mise en œuvre et d’autre part par le ser-vice.

Nous allons donc décrire en détail les différents traitements thermiques desaciers, en conservant la distinction entre ceux qui conduisent à un durcissementdans la masse de l’acier et ceux qui aboutissent à un adoucissement, pour termi-ner avec certains traitements particuliers qui intéressent eux aussi le volume despièces en aciers. Mais le lecteur ne doit par négliger de prendre en compte tou-tes les possibilités offertes par les traitements thermiques superficiels (cf., dansce traité, l’article « Traitements thermiques superficiels des aciers ») et par lestraitements thermochimiques (cf., dans ce traité, les articles « Pratique des trai-

Figure A – Gamme de variation de la dureté des aciers pour trempe et revenu en fonction de leur état structural et de la teneur en carbone

800

700

600

500

400

300

200

100

00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Dureté (HV)

Teneur en carbone (%)

Martensite brute de trempe

Martensite revenue à 550 °C

Martensite revenue à 650 °Csans élément carburigène

Martensite revenue à 200 °C

______________________________________________________________________ TRAITEMENTS THERMIQUES DANS LA MASSE DES ACIERS. INTRODUCTION

tements thermochimiques ») qui permettent de conférer à la couche superficielledes pièces en acier des propriétés spécifiques très adaptées à des conditions deservice particulières.

Cet article sera séparé en deux parties :— la première partie traitant le durcissement dans la masse des aciers de

construction mécanique ;— la deuxième partie traitant l’adoucissement, les traitements particuliers

dans la masse des aciers de construction mécanique, le traitement des acierssans carbone et les incidents des traitements numériques.

Le lecteur pourra donc se reporter, dans ce traité, aux articles :— [M 1 115] Transformations dans les aciers ;— [M 1 205] Traitements thermiques superficiels des aciers ; — [M 1 225] [M 1 226] [M 1 227] Pratique des traitements thermochimiques.

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