Dans l’industrie, on effectue des traitements thermiques sur les métaux, pour augmenter leur dureté superficielle ou à coeur. Concrètement, ces opérations servent à moduler la résistance d’une pièce.
Le traitement thermique, qu’est-ce que c’est ?
Un traitement thermique permet de modifier la structure cristalline du métal en lui faisant subir une augmentation de température dans un four et suivant un processus parfaitement contrôlé. Il a des répercussions sur la dureté du matériau, mais aussi sur la ductilité (capacité à se déformer sans se rompre), une notion importante pour la production de ressorts.
Pour augmenter la dureté d’un alliage fer-carbone, il faut réaliser un chauffage supérieur à une température critique, évaluée entre 750 et 1 200 °C (variables possibles en fonction de la composition du métal). Un refroidissement rapide ou une trempe à une vitesse supérieure à la vitesse critique sera nécessaire pour finaliser le processus.
La trempe désigne le fait de refroidir un matériau à une température prédéfinie pendant suffisamment longtemps, en l’immergeant dans un liquide (huile, etc.).
Comment agir sur la dureté des aciers ?
A l’état normal, les atomes de fer et de carbone qui constituent l’acier ont une forme cubique. Lorsque l’on porte l’acier à une température élevée, il obtient une nouvelle structure dite « austénitique », dont les atomes de fer et de carbone ont une forme cubique à faces centrées. Par la suite, le refroidissement, permet d’obtenir une nouvelle structure moléculaire, l’acier devenant ainsi de la martensite ou de la bainite, selon la vitesse de refroidissement.
Dans le bain de refroidissement, il faut réguler minutieusement la température, car elle a un impact sur la structure du matériau et donc sur sa dureté. On peut ainsi générer de l’austénite ou de la martensite. La martensite plongée pendant quelques heures ou jours dans un bain à une certaine température peut aussi devenir de bainite. Dans ce cas de figure, la dureté est équivalente à celle de la martensite, mais possède une ténacité supérieure.
Au final, le traitement thermique d’un acier aboutit sur différents composants : martensite, austénite ou bainite. Chacun a ses propres caractéristiques en matière de résistance et de dureté.
Une trop grande dureté rend le matériau fragile et en général on fait une opération de stabilisation à température modérée pour supprimer cette fragilité.