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5.4.1. Le recuit Les aciers possèdent un caractère apte d'acquérir grâce à des

5.4.1. Le recuit Les aciers possèdent un caractère apte d'acquérir grâce à des traitements thermiques variés, toute une gamme de propriétés très différentes. Les recuits en général amèneront les alliages en équilibre physico-chimique et mécanique. Ils tendent à réaliser l'équilibre structural en faisant disparaître les états hors d'équilibre résultants des traitements thermiques et mécaniques antérieurs. Le recuit correspond aux valeurs maximales des caractéristiques de ductilité. (résilience et allongement) et aux valeurs minimales des caractéristiques de résistance (dureté, limite élastique, charge à la rupture). Le recuit a pour but de : - Diminuer la dureté d'un acier trempé. - Obtenir le maximum d'adoucissement pour faciliter l'usinage ou les traitements mécaniques. - Régénérer un métal écroui ou surchauffé. - Homogénéiser les textures hétérogènes. - Réduire les contraintes internes Le cycle thermique d'un recuit comprend : a. Un chauffage jusqu'à une température dite de recuit qui dépend du type de recuit à réaliser. b. Un maintien isotherme à la température de recuit ou des oscillations autour de cette température. c. Un refroidissement très lent généralement à l'air calme. La vitesse de refroidissement doit être inférieure à la vitesse critique de recuit, voir (fig.141). (fig. 141) Tr : température de recuit. tc : temps de chauffage. tm : temps de maintien tr temps de refroidissement. 5.4.1.1. Recuits du premier genre Suivant l'état initial de l'acier et la température de recuit. on distingue dans ce type de recuit trois types : - Recuit d'homogénéisation (recuit de diffusion). - Recuit de recristallisation. - Recuit de détente (stabilisation). Cette forme de recuit présente la particularité que ces processus marchent indépendamment des transformations de phase qui peuvent avoir lieu ou ne pas se produire dans les alliages. C'est pourquoi le recuit de premier genre peut être effectué aussi bien aux températures supérieures qu'inférieures à celles des transformations de phase. Suivant les conditions thermiques de sa réalisation, ce traitement permet d'éliminer l'hétérogénéité chimique et physique produite par les traitements ultérieurs. 5.4.1.2. Recuit d'homogénéisation (diffusion) Ce type de recuit s'applique aux aciers bruts de coulée et aux aciers moulés dans le but d'affaiblir ou éliminer la ségrégation dendritique ou inter-cristalline (lors de la solidification de l'acier, les éléments d'alliage ou le carbone sont repartis d'une façon hétérogène à l'échelle du grain austénitique), c'est à dire, il y a une différence de concentration de ces éléments qui se présentent dans la structure. La ségrégation renforce la susceptibilité à l'anisotropie des propriétés et aux défauts tels que cassures, stratifiés et flocons (fissures fins internes observées dans une cassure sous forme de taches ovales blanches). La ségrégation diminue la plasticité et la ductilité d'un acier allié. C'est pourquoi non seulement les lingots, mais aussi les gosses pièces moulées sont assez souvent soumis à l'homogénéisation. L'élimination ou l'affaiblissement de ce défaut est possible seulement lors du chauffage poussé 1100 à1200°C, sans toutefois atteindre le domaine de surchauffe du métal qui provoque un grossissement indésirable du grain. Donc ce n'est qu'a ces températures que peut être assurée la diffusion la plus complète, nécessaire pour le nivellement de la composition des valeurs d'acier isolés. La diffusion provoque l’échauffement des places des atomes dans la structure, ce qui amène à l'égalisation de la concentration sur tous le volume de l'acier, car plus la température du lingot est élevée, plus la mobilité des atomes est grande, ce qui facilite la diffusion. La durée générale de recuit de diffusion (chauffage), séjour et refroidissement lent) de grosses pièces varie de 50 à 100 heures et plus. Suivant la composition de l'acier, le poids de la charge, le séjour dure de 8 à 20 heures. Pour réduire la durée du processus et la consommation d'énergie, les lingots sont chargés dans le four juste après la coulée quand ils sont chauds. Les températures atteintes lors du recuit d'homogénéisation provoquent parfois une surchauffe, ce qui rend les grains gros. Pour affiner les grains et améliorer les propriétés, ce type de recuit est le plus souvent suivi d'un recuit complet ou la normalisation. Les figures 142 et 143 présentent respectivement l'état de structure d'un acier avant l'homogénéisation (répartition non uniforme du carbide) et après homogénéisation répartition uniforme du carbide). (fig. 142) (fig. 143) La figure 144 représente le cycle thermique d'un recuit d’homogénéisation. 5.4.1.3. Recuit de recristallisation Pendant la déformation plastique à froid, le métal subit un écrouissage, c'est à dire, la dureté et la résistance du métal augmentent et sa plasticité diminue (fig. 145). Ce qui rend difficile le travail du matériel par déformation. Dans la structure du métal, a déformation à froid provoque les lignes de glissement, étirage des grains, désintégration des différents types de cristaux fragiles tels que la cémentite lamellaire de la petlite et les impuretés de la scorie. Par l'intermédiaire du recuit de recristallisation à une température supérieure, à la température de recristallisation, l'état de contrainte est éliminé et l'acier acquiert sa plasticité et ductilité grâce à la formation de nouveaux cristaux. La température de recristallisation n'est pas une constante matérielle, mais elle dépend de plusieurs facteurs. Les facteurs les plus influant sont la teneur en éléments d'alliages et le degré de déformation. La température de recristallisation diminue avec l'augmentation du degré de déformation et de la teneur en éléments d'alliages. Pour les aciers non alliés, la température de recristallisation est de 450 à 600°C et de 600 à 800°C pour les aciers faiblement et fortement alliés. Dans les cas des aciers (0,08 à 0,2 %C), les plus utilisés dans le travail à froid, la température de recuit est de 680 à 700°C. Le recuit de recristallisation d'un acier ayant subit une déformation plastique avec un degré de déformation critique, donne une structure à gros grains. Ce type de structure est très utilisé en électrotechnique pour la fabrication des tôles de dynamos et de transformateurs. 5.4.1.4. Recuit de détente (ou de stabilisation, ou de relaxation) : Cette forme de recuit est appliquée aux pièces moulées, usinées et soudées dans lesquelles les gammes de fabrication précédentes, dues au refroidissement irrégulier, donne une déformation plastique à froid aux différentes transformation. Donc cette forme de recuit est destinée à supprimer ou diminuer les contraintes résiduelles qui peuvent se diviser en trois types : - Contraintes du premier genre : Elles peuvent se propager dans de grands espaces de la pièce. - Contraintes du deuxième genre : Elles peuvent s'étendre sur des dimensions microscopiques. - Contraintes du troisième genre : Elles peuvent s'étendre sur les dimension atomiques La température de ce recuit est choisie entre 350 à 650°C et s'effectue pendant quelques heures et suivie d'un refroidissement lent. Les contraintes résiduelles sont également supprimées par d'autres formes de recuits. Par exemple, le recuit de recristallisation avec recristallisation de phase, ainsi que par le revenu, surtout par le revenu à haute température, de l'acier trempé. La figure 146 représente le cycle thermique d'un tel recuit. La figure 147 représente le domaine de température des différents recuits du premier genre. 5.4.1.5. Recuits du deuxième genre Le cycle thermique de ce recuit est le chauffage de l'acier aux températures supérieures à AC3 ou AC1, le maintien à cette température et le refroidissement lent. Les transformations de phases accompagnant ce recuit permettent d'obtenir pratiquement un état d'équilibre structural. Par conséquent, le recuit d'un acier au carbone produit les structures données par le diagramme fer-cémentite, pour les aciers hypoeutectoïdes (perlite + ferrite) pour les aciers eutectoïdes (perlite) et pour les aciers hypereutectoïdes (perlite - cémentite II). Un acier recuit possède une faible dureté et une basse résistance mais sa plasticité est très élevée. La recristallisation de phase due au recuit affine les grains et élimine les structures défavorables. Dans la plupart des cas industriels, le recuit est un traitement thermique préalable. Il est appliqué aux pièces moulées, forgées, laminées. En diminuant la résistance à la dureté, le recuit améliore l'usinabilité des aciers à haut et à moyen carbone. En affinant les grains, en supposant les contraintes internes, et uniformisant l'homogénéité structurale, le recuit contribue à l'amélioration de la plasticité et de la ductilité par rapport aux propriétés produites par le moulage, forgeage et laminage. Dans certains cas, par exemple, celui de nombreuses pièces de fonderie, le recuit est un traitement thermique terminal, du fait que dans ces conditions, les contraintes résiduelles n'existent pratiquement pas et la déformation qu'elles peuvent produire est minimale. Les modalités de cette forme de recuit sont le recuit complet, isotherme et incomplet, celui d'adoucissement etc. 5.4.1.6. Le recuit complet Il est destiné pour les aciers hypoeutectoïdes, qui sont chauffés jusqu’à une température AC3 + (30 à 50°C) et maintenu à cette température jusqu'au chauffage complet et achèvement des transformations de phases dans le volume du métal et le refroidir lentement. Le refroidissement s'effectue lentement dans le four jusqu'à la température de 500°C ensuite à l'air. Cette forme de recuit entraîne une recristallisation de phase complète. Le chauffage jusqu'à une température supérieure à (30 à 50°C) au point AC3 déclenche la formation de l'austénite caractérisée par un grain fin qui définit la constitution après refroidissement d'une structure à grain fin permettant d'obtenir une ductilité et uploads/s3/ traitement-thermique-des-aciers-2.pdf