Traitement thermique « quatre feux »

1. Normalisation

Le terme « normalisation » ne décrit pas la nature du procédé. Plus précisément, il s'agit d'un procédé d'homogénéisation ou d'affinage du grain visant à rendre la composition homogène dans toute la pièce. D'un point de vue thermique, la normalisation consiste en un refroidissement à l'air libre ou sous un courant d'air après l'étape d'austénitisation. Généralement, la pièce est chauffée à environ 55 °C au-dessus du point critique du diagramme de phase Fe-Fe₃C. Ce chauffage est nécessaire pour obtenir une phase austénitique homogène. La température utilisée dépend de la composition de l'acier, mais se situe généralement autour de 870 °C. En raison des propriétés intrinsèques de l'acier coulé, la normalisation est généralement effectuée avant l'usinage des lingots et avant la trempe des pièces moulées et forgées. Les aciers trempés à l'air ne sont pas considérés comme des aciers normalisés car ils n'acquièrent pas la microstructure perlitique caractéristique de ces derniers.

2. Recuit

Le terme « recuit » désigne un traitement thermique consistant à chauffer et maintenir le métal à une température appropriée, puis à le refroidir à une vitesse adéquate. Ce traitement vise principalement à adoucir le métal tout en lui conférant d'autres propriétés souhaitées ou en induisant des modifications microstructurales. Parmi les avantages du recuit figurent l'amélioration de l'usinabilité, la facilité de mise en forme à froid, l'amélioration des propriétés mécaniques ou électriques et l'augmentation de la stabilité dimensionnelle. Dans les alliages à base de fer, le recuit est généralement effectué au-dessus de la température critique supérieure (TCS), mais la combinaison temps-température (plage de température et vitesse de refroidissement) varie considérablement en fonction de la composition de l'acier, de son état et des résultats recherchés. Lorsque le terme « recuit » est employé sans précision, il désigne par défaut un recuit complet. Lorsque le seul objectif est la relaxation des contraintes, on parle de recuit de relaxation des contraintes. Lors d'un recuit complet, l'acier est chauffé à une température de 90 à 180 °C supérieure à celle de l'acier hypoeutectoïde (A3) ou hypereutectoïde (A1), puis refroidi lentement afin de faciliter la découpe ou le pliage. Après recuit complet, la vitesse de refroidissement doit être très lente pour produire de la perlite à gros grains. Cependant, lors du recuit, un refroidissement lent n'est pas nécessaire, car toute vitesse de refroidissement inférieure à A1 permet d'obtenir la même microstructure et la même dureté.

3. Trempe

La trempe est le refroidissement rapide de pièces en acier à partir de la température d'austénitisation ou de mise en solution, généralement comprise entre 815 et 870 °C. L'acier inoxydable et les aciers fortement alliés peuvent être trempés pour réduire la présence de carbures aux joints de grains ou améliorer la répartition de la ferrite. Cependant, pour la plupart des aciers, y compris l'acier au carbone, l'acier faiblement allié et l'acier à outils, la trempe vise à obtenir une quantité contrôlée de martensite à l'échelle microscopique. L'objectif est d'obtenir la microstructure, la dureté, la résistance ou la ténacité souhaitées, tout en minimisant les risques de contraintes résiduelles, de déformation et de fissuration. L'efficacité d'un agent de trempe dépend des propriétés de refroidissement du milieu de trempe. L'effet de la trempe dépend de la composition de l'acier, du type d'agent de trempe et des conditions d'utilisation de ce dernier. La conception et la maintenance du système de trempe sont également essentielles à la réussite de l'opération.

4. Trempe

Ce traitement consiste à chauffer l'acier préalablement trempé ou normalisé à une température inférieure à son point critique inférieur, puis à le refroidir à une vitesse modérée. L'objectif principal est d'accroître sa plasticité et sa ténacité, mais aussi la taille des grains de la matrice. Le revenu de l'acier est un second réchauffage après trempe afin d'obtenir certaines propriétés mécaniques et de relâcher les contraintes de trempe, garantissant ainsi sa stabilité dimensionnelle. Le revenu est généralement suivi d'une trempe à partir de la température critique supérieure.