Le traitement thermique post-moulage consiste à chauffer et à refroidir de manière contrôlée une pièce moulée après sa solidification, dans le but de modifier sa microstructure et, par conséquent, ses propriétés mécaniques. Un même alliage peut présenter des comportements très différents avant et après traitement : le recuit adoucit, la normalisation affine, la trempe durcit, le revenu redonne de la ténacité et le vieillissement renforce l'aluminium. Tant pour les fonderies que pour les acheteurs, c'est lors de ce traitement que la pièce moulée est adaptée aux spécifications du dessin.
Le choix du traitement dépend du matériau, de l'épaisseur de la section, de la dureté requise et de l'objectif de coût. Ce guide explique en quoi consiste le traitement thermique, pourquoi les pièces moulées en ont besoin, quels sont les principaux procédés, comment ceux-ci modifient la structure, quels métaux y sont sensibles et dans quels domaines les pièces moulées traitées sont utilisées.
Le traitement thermique après moulage intervient généralement entre le décochage et l'usinage. La pièce moulée est soumise à un nettoyage sommaire, traitée dans le four, puis usinée et contrôlée ; le plan doit donc préciser le état de trempe ou la dureté requis avant le début de l'usinage.
Qu'est-ce que le traitement thermique ?
Le traitement thermique est une séquence contrôlée d'étapes de chauffage, de maintien à température et de refroidissement appliquée à un métal afin de modifier sa microstructure et, par conséquent, ses propriétés. Le types de traitements thermiques reposent toutes sur le même principe : le profil de température détermine les phases qui se forment, la finesse des grains et la manière dont le métal réagit aux contraintes, à l'usure et à l'usinage.
Pour les pièces moulées, le traitement intervient après la solidification, d’où son appellation de « traitement thermique post-moulage ». Les pièces moulées qui sortent du moule avec une structure grossière ou hétérogène sont affinées au four avant d’être usinées ou mises en service.
Pourquoi le traitement thermique est-il important ?
- Résistance et dureté. La trempe et le vieillissement permettent d'augmenter la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la dureté de surface des pièces soumises à des contraintes.
- Usinabilité. Le recuit adoucit la pièce moulée, ce qui permet de prolonger la durée de vie des outils et de maintenir les tolérances dans les limites prévues.
- Stabilité dimensionnelle. Le détensionnement et le refroidissement contrôlé permettent de réduire les contraintes résiduelles et les déformations qui sont à l'origine de défauts de coulée.
- La ténacité. Le revenu permet de restaurer la ductilité et la résistance aux chocs perdues lors de la trempe.
- Durée de vie. Les surfaces trempées résistent à l'abrasion et prolongent la durée de vie dans les applications exigeantes.
Types de procédés de traitement thermique
Chaque procédé utilise une température et un profil de refroidissement différents pour obtenir une structure différente.
Recuit
Le recuit consiste à chauffer la pièce moulée, à la maintenir à température, puis à la refroidir lentement afin d'assouplir le métal et d'éliminer les contraintes internes. Il améliore l'usinabilité et est couramment pratiqué avant l'usinage des pièces moulées en fonte grise et en fonte ductile. Pour les sections complexes, le recuit réduit également le risque de déformation.
Normalisation
La normalisation consiste à chauffer le matériau au-delà de la plage de transformation, puis à le refroidir à l'air calme afin d'affiner le grain et d'obtenir une structure plus homogène. Ce procédé permet d'augmenter la résistance et l'uniformité du matériau sans atteindre la dureté maximale obtenue par trempe ; il est souvent privilégié lorsque des sections d'épaisseurs différentes doivent présenter un comportement similaire.
Trempe et revenu
La trempe refroidit rapidement la pièce moulée afin de former des microstructures dures, puis le revenu la réchauffe à une température plus basse pour lui redonner sa ténacité. Cette combinaison permet d'obtenir une résistance élevée associée à une ductilité contrôlée ; il s'agit du procédé standard utilisé pour les engrenages, les arbres et les pièces d'usure.
Durcissement par précipitation
Le durcissement par précipitation consiste à dissoudre les éléments d'alliage à haute température, puis à les faire précipiter à nouveau sous forme de fines particules qui bloquent le mouvement des dislocations. Comme ces particules immobilisent la structure, ce traitement permet d'obtenir une résistance élevée sans avoir recours à un alliage lourd ; il s'agit de la méthode standard pour les pièces moulées en aluminium à haute résistance.
Vieillissement
Le vieillissement est l'étape à basse température qui suit le traitement en solution, qu'il soit naturel, à température ambiante, ou artificiel, dans un four. Le vieillissement artificiel s'effectue à une température contrôlée pendant une durée déterminée ; le vieillissement naturel se produit lentement à température ambiante. Dans les deux cas, cette étape permet d'obtenir la résistance finale des états T4, T5 et T6 utilisés pour les pièces moulées en aluminium.
Ces procédés agissent en modifiant ce qui se passe au niveau des grains. Un refroidissement lent permet au carbone de se diffuser et de former des structures plus tendres ; un refroidissement rapide le piège dans des phases plus dures ; le réchauffage permet à une partie de cette dureté de céder la place à la ténacité. Une même teneur en carbone peut donner lieu à des pièces moulées tendres, tenaces ou dures selon le profil, et méthodes d'inspection de la coulée des métaux telles que les essais de dureté et la métallographie permettent de vérifier que la structure prévue a bien été obtenue.
Applications des pièces moulées traitées thermiquement
Les pièces moulées traitées interviennent partout où la résistance mécanique, la résistance à l'usure ou l'uniformité déterminent la durée de vie, et où le matériau détermine le cycle de traitement : la fonte grise est généralement soumise à un traitement de détente ou à un recuit avant usinage ; les pièces moulées en acier subissent une normalisation, une trempe et un revenu ; les pièces moulées en aluminium font l'objet d'un traitement de mise en solution et d'un vieillissement ; quant aux nuances d'acier inoxydable, elles suivent leurs propres cycles. La valeur dépend également du fait de travailler avec un fournisseur de pièces moulées qui gère l'ensemble du cycle de traitement thermique.
- Automobile et machines : engrenages, vilebrequins, composants de freinage et carters qui doivent présenter une résistance mécanique et une résistance à la fatigue élevées.
- Pompes et vannes : corps sous pression, chapeaux et roues, pour lesquels la ductilité et la résistance aux chocs sont essentielles.
- Pièces d'usure : les corps de broyage, les plaques d’usure et les pièces résistantes à l’abrasion qui bénéficient de surfaces trempées.
- Éléments structurels et énergétiques : châssis de machines, composants éoliens et énergétiques, ainsi que pièces moulées lourdes nécessitant des propriétés mécaniques constantes.
Fonte nodulaire – Fabricant de pièces moulées en fonte
Veuillez envoyer le plan de la pièce, les conditions d'utilisation ainsi que la dureté ou le état de trempe souhaité à nos ingénieurs, et demandez-leur de confirmer la nuance d'acier et le cycle de traitement thermique avant de valider l'outillage. Il est moins coûteux de valider le cycle avant la production que de devoir retravailler une pièce moulée qui ne répond pas aux spécifications.
