Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 1 295 − 1 Traitements thermiques du cuivre et de ses alliages par Jean BARBERY Ingénieur des Arts et Manufactures Ancien Chef du Service Métallurgie du Centre de Recherche de la société Tréﬁmétaux es traitements thermiques ont pour but, d’une part, de permettre la trans- formation des produits en homogénéisant la composition et la structure de fonderie et en supprimant l’écrouissage dû aux déformations à froid, d’autre part, de conférer aux produits obtenus les caractéristiques nécessaires à leur mise en œuvre et à leur utilisation, caractéristiques mécaniques, caractéristiques électriques, ou caractéristiques de tenue à la corrosion, etc. Les traitements thermiques objets de cet article sont : — le traitement d’homogénéisation sur l’état brut de fonderie ; — la détente ou détensionnement ; — le recuit de recristallisation ; 1. Principaux paramètres des traitements thermiques ..................... M 1 295 - 2 2. Traitements thermiques destinés à permettre la mise en forme — 2 2.1 Homogénéisation. Traitements thermiques et corroyage à chaud ......... — 2 2.1.1 Ségrégations de fonderie................................................................... — 2 2.1.2 Traitement thermique d’homogénéisation....................................... — 3 2.1.3 Homogénéisation par corroyage à chaud ........................................ — 4 2.2 Recuits intermédiaires au cours du corroyage à froid ............................. — 4 3. Traitements thermiques destinés à donner au produit ses caractéristiques ﬁnales................................................................... — 5 3.1 Traitement de détente ................................................................................. — 5 3.2 Recuit ﬁnal de recristallisation ................................................................... — 5 3.2.1 Évolution de la recristallisation et de l’adoucissement en fonction des conditions de recuit................................................. — 6 3.2.2 Inﬂuence des différents facteurs sur la recristallisation et l’adoucissement.............................................................................. — 7 3.2.3 Recuit ménagé ou recristallisation partielle..................................... — 10 3.3 Durcissement par trempe et revenu de précipitation............................... — 12 3.3.1 Mécanisme du durcissement............................................................. — 12 3.3.2 Pratique industrielle ........................................................................... — 13 3.3.3 Principaux alliages à durcissement par précipitation...................... — 14 3.4 Durcissement par décomposition spinodale............................................. — 14 3.4.1 Mécanisme du durcissement............................................................. — 14 3.4.2 Pratique industrielle ........................................................................... — 15 3.4.3 Propriétés des alliages durcis par décomposition spinodale. Comparaison des alliages CuNi15Sn8 et CuBe2.............................. — 16 3.5 Durcissement par trempe martensitique et revenu.................................. — 17 3.6 Effet mémoire de forme. Martensite et austénite β.................................. — 19 3.7 Durcissement par transformation ordre-désordre.................................... — 20 4. Conclusion ................................................................................................. — 20 L TRAITEMENTS THERMIQUES DU CUIVRE ET DE SES ALLIAGES __________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 1 295 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques — le traitement de mise en solution, trempe, revenu durcissant par précipitation ; — le traitement de mise en solution, trempe, revenu durcissant par décomposition spinodale ; — le durcissement par trempe martensitique - l’effet mémoire ; — le durcissement par transformation ordre-désordre. 1. Principaux paramètres des traitements thermiques Les principaux paramètres des traitements thermiques sont, pour un alliage de composition et pureté données, la température et le temps (température maximale, durée de maintien, vitesse de refroidissement). I La température a une inﬂuence essentielle (exponentielle) sur la vitesse de diffusion à l’état solide. Une température élevée permet l’homogénéisation des compositions par réduction des ségrégations de fonderie. Elle permet également la réduction des contraintes résiduelles et la recristallisation. Elle permet enﬁn l’apparition de phases dont la nature et la composition sont précisées par le diagramme d’équilibre, outil indispensable pour comprendre ces transformations. I Sauf dans le cas où l’on veut réduire les ségrégations de fonderie (§ 2.1.1), la durée de maintien du produit aux températures élevées est, en général, peu critique, le principal problème étant alors que le produit ait le temps d’atteindre dans sa masse la température visée. Par contre, pour les températures moins élevées, un temps long et même très long est souvent nécessaire pour permettre la diffusion et obtenir l’équilibre. De ce fait, pour les températures inférieures à 300 oC, l’équilibre est rarement atteint. I Une vitesse très lente de refroidissement permettra à l’équilibre atteint à haute température d’évoluer en fonction du diagramme d’équilibre. Au contraire, une grande vitesse de refroidissement ne le permettra pas et l’on conservera à la température ambiante, à l’état métastable, les phases obtenues à température élevée. Ce sont sur ces principes que sont basés la plupart des traite- ments thermiques décrits dans cet article. Pour plus de clarté et de logique, ces traitements seront décrits dans l’ordre où ils se placent au cours de la fabrication des demi- produits ou à la suite de celle-ci. 2. Traitements thermiques destinés à permettre la mise en forme 2.1 Homogénéisation. Traitements thermiques et corroyage à chaud 2.1.1 Ségrégations de fonderie Les hétérogénéités de composition dans un alliage brut de coulée dénommées ségrégations microscopiques ou macroscopiques résultent de vitesses de solidiﬁcation élevées : l’équilibre à l’intérieur des deux phases liquide et solide n’a donc pas le temps de s’établir. Plus l’intervalle de solidiﬁcation est grand, plus la teneur en soluté varie en passant du centre à la périphérie d’une dendrite ou d’un grain (phénomène dit coring en anglais, et vallonnement en français). Dans le cas des cupro-nickels (Cu et Ni sont solubles en toute proportion), ce vallonnement peut atteindre ± 3 % Ni, pour une billette coulée en CuNi30FeMn. Dans certains bronzes (4 à 9 % Sn) ou laitons (30 à 36 % Zn), l’enrichissement du liquide en soluté peut même largement dépasser la composition maximale d’équilibre de la phase α (25,5 % Sn ou 37,5 % Zn respectivement à la température péritectique) ; il se forme ainsi, lors de la solidiﬁcation des dernières traces de liquide, une phase hors d’équilibre : — phases β et même γ dans le cas des bronzes qui se décompo- sent ensuite en eutectoïde α + δ ; — phase β dans le cas des laitons qui se transforme ensuite éventuellement en β′ au refroidissement. Ces phases apparaissent : — entre les dendrites primaires et aux joints des grains (ségré- gation mineure) ; — éventuellement dans les zones de ségrégation majeure, normale, ou inverse. Ces régions étant les dernières solidiﬁées sont aussi le lieu privilégié où se rassemblent les impuretés insolubles et où se forment les microretassures dues au retrait lors de la solidiﬁcation. D’une façon générale, les ségrégations altèrent les propriétés des alliages, ce qui rend, en particulier, très délicate et parfois impossible la transformation à chaud, principalement en raison du risque de fusion locale des zones ségrégées (brûlure). Remarque : la conductivité thermique des alliages cuivreux, en général plus élevée que celle des autres alliages industriels, permet des montées en température plus rapides et des maintiens en température plus courts. __________________________________________________________________________________ TRAITEMENTS THERMIQUES DU CUIVRE ET DE SES ALLIAGES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 1 295 − 3 2.1.2 Traitement thermique d’homogénéisation Le traitement d’homogénéisation consiste à réchauffer les alliages fortement ségrégés à une température aussi élevée que possible pendant un temps sufﬁsant, généralement de l’ordre de 24 heures, pour que, par diffusion, les composants se répartissent confor- mément au diagramme d’équilibre. La difﬁculté provient du fait que l’homogénéisation n’est vraiment efﬁcace qu’aux températures très élevées et que celles-ci sont dangereuses pour la santé du métal car elles risquent de provoquer un grossissement exagéré du grain, toujours préjudiciable aux propriétés mécaniques, et même une fusion locale (brûlure) en raison des ségrégations. C’est pourquoi un tel traitement n’est appliqué, en pratique, que lorsque cela est indispensable pour permettre le corroyage à chaud. Ainsi, ce traitement était appliqué autrefois aux alliages Cu-Ni, maillechort, cupro-béryllium, cupro-silicium, mais les progrès de la technologie de fonderie (coulée semi-continue) ont rendu généra- lement cette opération inutile. Ce traitement reste néanmoins nécessaire pour les bronzes de cor- royage contenant 5 % d’étain ou davantage. Même coulés en continu, ceux-ci nécessitent une homogénéisation vers 680-720 oC pour supprimer la phase δ fragile. Malgré la coulée continue et l’homogénéisation, le laminage à chaud de tels produits (surtout les alliages à 8 ou 9 % Sn) reste une opération délicate. Aussi préfère-t-on généralement couler en continu des bandes de faible épaisseur (environ 12 mm), pour alléger les gammes onéreuses de laminage, homogénéiser et laminer à froid. L’alternance des corroyages à froid et des recuits intermédiaires améliore cette homogénéisation. La ﬁgure 1 correspond pour le bronze CuSn9P aux micrographies obtenues sur l’alliage brut de fonderie et sur l’alliage homogénéisé. Figure 1 – Homogénéisation d’un bronze CuSn9P (grossissement 500) (d’après notice CICLA) TRAITEMENTS THERMIQUES DU CUIVRE ET DE SES ALLIAGES __________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 1 295 − 4 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques 2.1.3 Homogénéisation par corroyage à chaud En général, compte tenu des procédés de fusion et de coulée modernes, le traitement d’homogénéisation thermique avant corroyage n’est plus nécessaire, l’homogénéisation et l’amélioration de la structure sont obtenues par l’ensemble des traitements thermo- mécaniques effectués pour transformer le produit et, en premier lieu, par le corroyage à chaud classique, l’action mécanique et la tempé- rature conjuguant leurs effets. Le laminage uploads/Sante/ m1295.pdf