Qu'est-ce que la normalisation ?
La normalisation est un traitement thermique qui améliore la ténacité de l'acier. Après avoir chauffé la pièce en acier à une température de 30 à 50 °C supérieure à la température Ac3, on la maintient à cette température pendant un certain temps, puis on la refroidit à l'air libre hors du four. L'avantage principal réside dans la vitesse de refroidissement, plus rapide qu'avec un recuit mais plus lente qu'avec une trempe. Lors de la normalisation, le grain cristallin de l'acier est affiné grâce à ce refroidissement légèrement plus rapide, ce qui permet non seulement d'obtenir une résistance satisfaisante, mais aussi d'améliorer significativement la ténacité (valeur AKV) et de réduire la tendance à la fissuration de la pièce. Après normalisation, les propriétés mécaniques globales de certaines tôles d'acier faiblement alliées laminées à chaud, de pièces forgées en acier faiblement allié et de pièces moulées sont considérablement améliorées, de même que leurs performances de coupe.
La normalisation a les objectifs et les usages suivants :
① Pour l'acier hypereutectoïde, la normalisation est utilisée pour éliminer la structure à gros grains surchauffée et la structure de Widmanstatten des pièces moulées, forgées et soudées, ainsi que la structure en bandes dans les matériaux laminés ; affiner les grains ; et peut être utilisée comme traitement thermique de pré-trempe avant la trempe.
② Pour l'acier hypereutectoïde, la normalisation peut éliminer le réseau de cémentite secondaire et affiner la perlite, ce qui améliore non seulement les propriétés mécaniques mais facilite également le recuit de sphéroïdisation ultérieur.
③ Pour les plaques d'acier minces embouties en profondeur à faible teneur en carbone, la normalisation peut éliminer la cémentite libre à la limite des grains pour améliorer ses performances d'emboutissage profond.
④ Pour les aciers à faible teneur en carbone et les aciers faiblement alliés à faible teneur en carbone, la normalisation permet d'obtenir des structures perlitiques plus fines et lamellaires, d'augmenter la dureté jusqu'à HB140-190, d'éviter le phénomène de collage de la lame lors de la coupe et d'améliorer l'usinabilité. Pour les aciers à teneur moyenne en carbone, lorsque la normalisation et le recuit sont tous deux possibles, la normalisation est plus économique et plus pratique.
⑤ Pour l'acier de construction ordinaire à teneur moyenne en carbone, dans les situations où les propriétés mécaniques ne doivent pas être élevées, la normalisation peut être utilisée à la place de la trempe et du revenu à haute température, ce qui est non seulement simple à mettre en œuvre, mais rend également la structure et la taille de l'acier stables.
⑥ La normalisation à haute température (150-200 °C au-dessus de Ac3) permet de réduire la ségrégation des composants dans les pièces moulées et forgées grâce à la vitesse de diffusion élevée à haute température. Les gros grains obtenus après normalisation à haute température peuvent être affinés par une seconde normalisation à plus basse température.
⑦ Pour certains aciers alliés à faible et moyen carbone utilisés dans les turbines à vapeur et les chaudières, la normalisation est souvent utilisée pour obtenir une structure bainitique, puis un revenu à haute température, qui présente une bonne résistance au fluage lorsqu'il est utilisé à 400-550℃.
⑧ Outre les pièces et produits sidérurgiques, la normalisation est également largement utilisée dans le traitement thermique de la fonte ductile pour obtenir une matrice perlitique et améliorer sa résistance. La normalisation étant caractérisée par un refroidissement à l'air, la température ambiante, la méthode d'empilement, le débit d'air et les dimensions de la pièce influent sur la structure et les performances après normalisation. La structure obtenue par normalisation peut également servir de critère de classification des aciers alliés. On distingue généralement les aciers alliés perlitiques, bainitiques, martensitiques et austénitiques selon la structure obtenue après refroidissement à l'air d'un échantillon de 25 mm de diamètre chauffé à 900 °C.
Qu'est-ce que le recuit ?
Le recuit est un traitement thermique des métaux qui consiste à chauffer lentement le métal jusqu'à une température précise, à la maintenir pendant une durée suffisante, puis à le refroidir à une vitesse appropriée. On distingue trois types de recuit : le recuit complet, le recuit incomplet et le recuit de détente. Les propriétés mécaniques des matériaux recuits peuvent être contrôlées par un essai de traction ou un essai de dureté. De nombreux aciers sont fournis recuits. La dureté de l'acier peut être mesurée à l'aide d'un duromètre Rockwell (dureté HRB). Pour les tôles, les bandes et les tubes d'acier à paroi mince, on utilise un duromètre Rockwell de surface (dureté HRT).
Le but du recuit est :
① Améliorer ou éliminer divers défauts structurels et contraintes résiduelles causés par l'acier dans le processus de coulée, de forgeage, de laminage et de soudage afin de prévenir la déformation et la fissuration des pièces.
② Ramollir la pièce à usiner avant la découpe.
③ Affiner le grain et améliorer la structure pour améliorer les propriétés mécaniques de la pièce.
④ Préparer la structure pour le traitement thermique final (trempe, revenu).
Les procédés de recuit courants sont :
① Recuit complet. Ce procédé permet d'affiner la structure grossière et surchauffée des aciers à moyenne et faible teneur en carbone, présentant de mauvaises propriétés mécaniques, après coulée, forgeage et soudage. La pièce est chauffée à une température de 30 à 50 °C supérieure à celle de la transformation complète de la ferrite en austénite, maintenue à cette température pendant un certain temps, puis refroidie lentement dans le four. Lors du refroidissement, l'austénite se retransforme, ce qui permet d'affiner la structure de l'acier.
2. Recuit de sphéroïdisation. Utilisé pour réduire la dureté élevée des aciers à outils et des aciers à roulements après forgeage. Chauffer la pièce à une température de 20 à 40 °C supérieure à celle à laquelle l'acier commence à former de l'austénite, la maintenir à cette température, puis la refroidir lentement. Au cours du refroidissement, la cémentite lamellaire contenue dans la perlite devient sphérique, ce qui réduit la dureté.
③ Recuit isotherme. Utilisé pour réduire la dureté élevée de certains aciers de construction alliés à haute teneur en nickel et en chrome destinés à la coupe. Généralement, l'acier est d'abord refroidi assez rapidement jusqu'à la température de transition austénitique la plus instable, puis maintenu à cette température pendant une durée appropriée. L'austénite se transforme alors en troostite ou en troostite, ce qui permet de réduire la dureté.
④ Recuit de recristallisation. Utilisé pour éliminer le durcissement (augmentation de la dureté et diminution de la plasticité) des fils et tôles minces lors du tréfilage et du laminage à froid. La température de chauffage est généralement de 50 à 150 °C inférieure à la température d'austénitisation de l'acier. Seul ce procédé permet d'éliminer l'écrouissage et d'adoucir le métal.
⑤ Recuit de graphitisation. Ce procédé permet de transformer la fonte à forte teneur en cémentite en une fonte forgeable présentant une bonne plasticité. Il consiste à chauffer la pièce coulée à environ 950 °C, à la maintenir à cette température pendant une durée déterminée, puis à la refroidir afin de décomposer la cémentite et de former du graphite floconneux.
⑥ Recuit de diffusion. Ce procédé permet d'homogénéiser la composition chimique des pièces moulées en alliage et d'améliorer leurs performances. Il consiste à chauffer la pièce moulée à la température la plus élevée possible sans la faire fondre, à la maintenir chaude pendant une durée prolongée, puis à la refroidir lentement afin que les différents éléments de l'alliage diffusent et se répartissent uniformément.
⑦ Recuit de détente. Ce procédé permet d'éliminer les contraintes internes des pièces en acier moulées et soudées. Pour les produits en acier, on procède à un chauffage à une température inférieure à 100-200 °C, température à laquelle l'austénite commence à se former, suivi d'un refroidissement à l'air après maintien à température. Les contraintes internes sont ainsi éliminées.
Date de publication : 11 juin 2024