Traitements thermiques pour les pièces usinées à commande numérique

Les traitements thermiques sont souvent utilisés en coordination avec l'usinage CNC au cours du processus de fabrication pour améliorer certaines propriétés des alliages métalliques telles que la résistance, la dureté ou l'usinabilité. Les traitements thermiques entraînent ces changements de propriétés dans les alliages en modifiant les caractéristiques microstructurelles et chimiques du matériau.

Les traitements thermiques utilisent un processus dans lequel les alliages métalliques sont chauffés à des températures très élevées et sont ensuite refroidis dans des conditions spécifiques. La température spécifique utilisée pendant le chauffage, la durée de chauffage du matériau et la méthode de refroidissement jouent toutes un rôle dans la détermination des propriétés finales du matériau après le traitement thermique.

 

• Recuit, revenu et relaxation des contraintes

Le recuit, le revenu et la détente utilisent des températures élevées pour chauffer les alliages métalliques, puis ces métaux sont refroidis à des vitesses très lentes. Ces trois procédés utilisent des températures différentes pendant la phase de chauffage, ainsi qu'un ordre différent dans le processus de fabrication comme suit :

- Dans le recuit, la microstructure voulue est réalisée en chauffant l'alliage à une température extrêmement élevée, puis en le refroidissant lentement. En général, le recuit est effectué après le formage et avant tout traitement supplémentaire tel que l'adoucissement ou l'augmentation de l'usinabilité. La plupart du temps, si un certain type de traitement thermique n'est pas spécifié, les pièces usinées par CNC auront des propriétés conformes au recuit.

- La trempe consiste à chauffer les pièces à des températures inférieures à celles du recuit. En général, le revenu est effectué après un autre type de traitement thermique appelé trempe, dont nous parlerons dans la section suivante. Le revenu est effectué après la trempe des aciers doux (A36 et 1045) et des aciers alliés (4240 et 4140) pour améliorer leurs propriétés mécaniques et réduire leur fragilité.

- La détente chauffe les pièces à des températures inférieures à celles du recuit et ce traitement thermique est généralement effectué après l'usinage CNC afin d'éliminer les contraintes du processus de fabrication. Il en résulte une plus grande cohérence dans les propriétés mécaniques des pièces.

• Trempe

Dans le cas de la trempe, le métal est chauffé à un niveau extrêmement élevé, puis refroidi très rapidement par immersion dans l'eau ou l'huile ou par l'application d'air froid. Ce refroidissement rapide permet de solidifier les modifications microstructurelles qui se sont produites pendant le chauffage. Le résultat final est une pièce présentant un degré élevé de dureté.

La plupart du temps, les pièces sont trempées après l'usinage CNC parce que la dureté résultante rendrait le métal trop difficile à usiner. Par exemple, les aciers à outils sont trempés après l'usinage parce qu'ils deviennent très durs et durables à la suite du traitement thermique. En outre, un traitement de revenu tel que décrit précédemment peut être utilisé ultérieurement pour offrir un certain degré de contrôle sur le niveau de dureté. Ce revenu peut prolonger la durée de vie de la pièce car il réduit le degré de fragilité.

• Durcissement par précipitation

Le durcissement par précipitation - également connu sous le nom de "vieillissement" - consiste à appliquer une chaleur élevée au matériau, à le tremper, puis à le chauffer à nouveau à une température plus basse pendant une période prolongée. Le durcissement par précipitation est remarquable parce que les éléments d'alliage discrets se dissolvent et sont ainsi distribués de manière uniforme dans la matrice métallique.

Le durcissement par précipitation entraîne une augmentation substantielle de la dureté et de la résistance de l'alliage. Il est important de garder à l'esprit que tous les alliages ne peuvent pas être traités thermiquement par un processus de vieillissement. Les métaux qui le peuvent sont appelés "superalliages" car ils sont utilisés dans des applications à haute performance.

• Cémentation et carburation

La cémentation désigne un groupe distinct de traitements thermiques destinés à des pièces qui nécessitent un degré élevé de dureté superficielle tout en conservant un intérieur tendre. La cémentation s'oppose à la trempe où la dureté est augmentée à la fois sur la surface et à l'intérieur de la pièce. Le type le plus courant de procédé de cémentation est la cémentation.

La cémentation chauffe les aciers doux dans un environnement riche en carbone, puis les trempe pour solidifier le carbone dans la matrice métallique. Le résultat est une augmentation de la dureté superficielle des aciers, similaire à l'anodisation des pièces d'aluminium CNC.

 

Différents traitements thermiques peuvent être utilisés sur des matériaux en alliage métallique à différents moments du processus de fabrication. Lorsqu'il s'agit de pièces usinées par CNC, les traitements thermiques peuvent être effectués avant ou après l'usinage CNC, comme suit :

• Si l'alliage métallique utilisé est facilement disponible, l'entreprise d'usinage CNC utilisera un matériau de stock qui a déjà été traité thermiquement avant l'usinage. Cette méthode est avantageuse car elle est la plus rapide et permet donc de réduire les délais de réalisation des projets.
• Comme certains traitements thermiques augmentent considérablement la dureté du matériau, ils sont effectués après l'usinage, sinon l'usinabilité est trop difficile. Un exemple courant est celui des pièces en acier à outils pour lesquelles le traitement thermique est effectué après l'usinage CNC. En outre, si un traitement thermique est utilisé comme méthode de post-traitement, il aura naturellement lieu après l'usinage CNC.