Guide de choix des traitements des aciers à outils

Les aciers à outils sont utilisés dans de nombreux domaines de mise en forme des matériaux par coulée, déformation à chaud et à froid, extrusion et filage, découpage et emboutissage, sans oublier l’usinage. La nécessaire augmentation de productivité (par exemple dans la plasturgie et la coulée sous pression des alliages d’aluminium), ainsi que la mise en œuvre de matériaux très réfractaires (alliages de titane, zirconium, cuivre, nickel et cobalt) ont pour conséquence une élévation des sollicitations mécaniques et thermiques, ainsi que des dégradations accrues par phénomènes d’usure, de fluage, de fatigue et de corrosion. Dans ces conditions, la tenue des outillages est conditionnée par un certain nombre de facteurs parmi lesquels on peut citer :

• le dessin et la conception de la pièce ;

• la nature et la qualité du matériau choisi ;

• les qualités de l’usinage et de la finition (rectification par exemple) ;

• le traitement thermique et le traitement de surface ;

• les conditions d’utilisation en service.

Tous ces facteurs influent sur l’état des contraintes liées, d’une part à la mise en œuvre de l’outil, d’autre part aux conditions d’utilisation. Leur maîtrise est absolument nécessaire pour permettre une approche globale de l’optimisation des outils. Dans ce domaine, les efforts et pressions de contact sont de mieux en mieux connus grâce aux codes de calcul simulant les écoulements de matière dans les outillages. Des progrès ont été faits aussi dans la détermination des conditions aux limites par une meilleure connaissance des flux thermiques échangés entre l’outil et la matière mise en œuvre ou usinée.

Néanmoins, le choix du matériau constituant l’outil reste encore un problème complexe où se conjuguent des facteurs d’ordre technique (au niveau de la mise en œuvre et de la tenue en service) et d’ordre économique (coût de la matière, de la mise en œuvre et disponibilité sur le marché). C’est pourquoi l’expérience pratique d’atelier conserve toute sa place à côté des codes de calcul pour l’approche de l’optimisation des outillages.

La méthode de choix proposée s’efforce de conduire à une solution qui correspond au coût unitaire minimal, ce coût étant défini comme le coût total de la tenue de l’outil (matière, usinage, traitement thermique, traitement de surface, finition mécanique, entretien) divisé par le nombre effectif de pièces qu’il permet de produire (durée de vie). Dans cette démarche d’optimisation de la tenue de l’outil, le traitement thermique et le traitement de surface constituent deux critères déterminants.

Le présent article rassemble les données d’ordre pratique pour aider l’utilisateur dans le choix de sa gamme de traitement thermique et de traitement de surface. Des indications sont données sur les différentes filières de traitements superficiels, ainsi que sur les propriétés des principaux revêtements réalisés. Le problème des variations dimensionnelles est également abordé avec les indications nécessaires pour minimiser ces dernières. En guise de conclusion, les principaux incidents pouvant survenir au cours de la fabrication des outillages sont décrits avec des indications susceptibles de fournir à l’utilisateur des données sur les causes possibles et les remèdes correspondants.