Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
T

traitement thermique (suite)

Traitements thermiques proprement dits


Le recuit

Le recuit est une opération de chauffage suivi d’un refroidissement lent ou d’un refroidissement avec un palier isothermique pour obtenir une structure stable et souvent proche de celle de l’équilibre physico-chimique.

Lorsque l’alliage possède des points de transformation, comme c’est le cas pour l’acier, le chauffage doit s’effectuer à haute température dans le domaine de la phase stable durant un temps suffisant pour assurer la transformation de l’alliage en tous les points de la pièce et permettre, si nécessaire, la dissolution de composés, tels que carbures ou nitrures. Si le temps de maintien est prolongé ou si la température est exagérément élevée, il peut s’ensuivre un grossissement anormal des cristaux de la phase stable à chaud (cas de l’austénite dans les aciers), qui entraîne un abaissement des caractéristiques mécaniques après refroidissement.

Suivant le cycle thermique, particulièrement durant le refroidissement, et suivant le but recherché, différents types de recuits sont pratiqués.

• Le recuit de normalisation ou de régénération permet de régulariser la structure d’un alliage brut de fonderie ou ayant subi des déformations mécaniques de formage ; après chauffage dans le domaine de la phase stable à chaud, un refroidissement généralement hors du four, à l’air calme, permet d’affiner la structure cristalline et conduit à des caractéristiques mécaniques de référence.

• Le recuit d’homogénéisation ou de diffusion se pratique sur des pièces brutes de coulée présentant une structure dendritique hétérogène aussi bien dans la composition chimique que dans la répartition des constituants. Pour permettre cette homogénéisation structurale, il faut atteindre une température élevée, compatible avec le diagramme d’équilibre des phases et durant un temps suffisant pour que les phénomènes de diffusion et de dissolution de certains composés puissent se développer. Ainsi, suivant l’importance des pièces, des cupronickels sont maintenus de une à deux heures à 800 ou 900 °C, et, pour des aciers spéciaux riches en carbures de chrome, de tungstène ou de molybdène, difficiles à dissoudre, le maintien peut atteindre de trente à cinquante heures à des températures d’environ 1 050 à 1 200 °C. Ce long temps de maintien à haute température entraînant un grossissement des grains, le recuit de diffusion doit parfois être suivi d’un autre recuit de normalisation.

• Le recuit de destruction de l’écrouissage ou de recristallisation se pratique sur des pièces ayant subi un formage par action mécanique qui a entraîné la formation d’une structure fortement écrouie. Suivant le cas, cet écrouissage doit être détruit soit pour poursuivre le formage du matériau (recuits intermédiaires au cours des opérations de laminage de tôles, de feuillards ou de bandes), soit en raison de l’utilisation ultérieure du produit. Au cours du réchauffage du matériau, le réseau cristallin, fortement perturbé, des cristaux écrouis déformés subit des modifications successives (restauration du réseau et phénomène de polygonisation dans les cristaux conduisant à un réarrangement des courbures de plans atomiques). Pour un domaine de température dite « de recristallisation », un nouveau réseau de cristaux se forme à partir de germes (phénomène de germination) et envahit toute la masse de la pièce. Il en résulte après refroidissement un abaissement des caractéristiques de résistance mécanique à la déformation (charge de rupture, limite d’élasticité, dureté) et une amélioration de la capacité de déformation (allongement à la rupture, striction à la traction).

• Le recuit d’adoucissement ou de coalescence est utilisé particulièrement pour les aciers à forte teneur en carbone (de 0,7 à 0,9 p. 100 en carbone) afin d’abaisser leur dureté et d’améliorer leur usinabilité (aciers de décolletage). Dans un acier normalement recuit, le constituant perlite (ferrite + carbure de fer cémentite) se présente sous une forme lamellaire relativement dure. Par des cycles de chauffage de plusieurs heures autour de la température de transformation de l’acier à 720 °C, il est possible d’obtenir une structure de ferrite contenant le carbure de fer cémentite coalescé sous la forme de sphéroïdes ou de perlite globulaire, beaucoup plus facilement usinable.

• Le recuit de détente consiste à chauffer une pièce à une température moyennement élevée et bien inférieure à tout point de transformation, puis à la refroidir très lentement, sans aucune transformation de phases, mais dans un but uniquement de relaxation des contraintes internes. En effet, au cours d’opérations de formage ou de traitements divers, des pièces peuvent présenter des tensions internes résiduelles résultant de contraintes d’origine mécanique (hétérogénéité de déformations) ou d’origine thermique (choc thermique, irrégularité de chauffage ou de refroidissement avec des dilatations ou des contractions hétérogènes) particulièrement gênantes ou même dangereuses pour certaines applications. Ainsi, pour éviter leur déformation en service, les bâtis moulés de machines-outils doivent subir un recuit vers 600 °C pour l’acier et entre 500 et 600 °C pour la fonte grise pendant deux à dix heures selon leur masse, suivi d’un refroidissement lent dans le four, pouvant atteindre quarante-huit heures. Ce recuit de détente doit être particulièrement soigné pour les pièces de matériel de métrologie afin d’assurer leur stabilité dimensionnelle en fonction du temps.

• Le recuit de malléabilisation s’applique à la fabrication de la fonte malléable dite américaine ou à cœur noir, présentant une aptitude à la déformation bien supérieure à la fonte grise et une meilleure usinabilité. En faisant subir à une fonte blanche un cycle thermique approprié échelonné sur plusieurs jours (70 heures pour les fontes perlitiques et 120 heures pour les fontes ferritiques), avec plusieurs paliers à faible vitesse de refroidissement entre 900 et 600 °C, on obtient la décomposition du carbure de fer cémentite d’origine en ferrite (ou fer pur) et en graphite sous forme de fins nodules.