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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l'article [M1134] paru en 2002, du même titre et du même auteur.
RÉSUMÉ
Le traitement thermique des aciers à outils a subi une assez forte évolution dans la dernière décennie, et cela dans deux directions : sur le plan théorique, une amélioration de la connaissance des mécanismes de durcissement secondaire, et sur le plan technologique une amélioration du contrôle des atmosphères de traitement, ainsi qu'un fort développement du traitement en four sous vide avec trempe au gaz sous pression. L'utilisation des codes aux éléments finis a permis de mieux optimiser la géométrie des outils pour éviter tout risque de tapure au cours de la trempe. Ces améliorations ont conduit à une optimisation de la composition chimique et du traitement thermique des aciers à outils alliés, ainsi qu'à une amélioration de l'état de surface et une réduction des déformations des outillages traités.
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The thermal treatment of tool steels has known significant developments over the last decade: on the theoretical level, an improved knowledge of secondary hardening mechanisms and on the technological level, an improved control of heat treatment atmospheres and a strong development of heat treatment in vacuum furnaces with high-pressure gas quenching. The use of finite element codes has allowed for the optimization of the geometry of tools in order to avoid any risk of cracks during quenching. These improvements have led to an optimization of the chemical composition and thermal treatment of alloyed tool steels, as well as to an improved surface state and thus reduced deformation of the treated tools.
Auteur(s)
-
Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’Honneur du Cercle d’Études des Métaux, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
INTRODUCTION
À la différence des aciers d’usage général, et même des aciers spéciaux de construction mécanique, où se développent de plus en plus des nuances dites économiques pour lesquelles les propriétés d’usage sont obtenues directement par refroidissement contrôlé après forgeage ou laminage, les hauts niveaux de caractéristiques mécaniques demandés aux aciers à outils nécessitent un traitement thermique de qualité, et cela d’autant plus que c’est la surface de ces matériaux qui est sollicitée en service. Par ailleurs, mis à part quelques cas particuliers, notamment dans le domaine des aciers d’outillage à chaud, où il est demandé un cahier des charges avec des caractéristiques mécaniques et des valeurs minimales de ténacité, le seul contrôle mécanique du traitement se réduit la plupart du temps à celui de la vérification de la dureté qui n’intéresse qu’une zone peu profonde du métal. Il est toutefois intéressant de signaler que, dans le domaine de la plasturgie notamment, se développent des nuances à bas carbone, de bonne aptitude au polissage et au soudage, obtenues directement après transformation à chaud à l’état prétraité sous une structure à dominante bainitique.
Pour l’utilisation des aciers à outils, la connaissance et l’exécution correcte des traitements thermiques sont indispensables ; des soins tout particuliers doivent être pris dans les différentes opérations si l’on tient compte des points suivants :
-
l’outil doit garder une forme et des dimensions extrêmement précises car, dans de nombreux cas, la rectification finale est une opération qui est à réduire le plus possible, voire à supprimer ;
-
l’outil travaille par sa périphérie et cette partie doit donc avoir les propriétés mécaniques optimales ;
-
la réponse au traitement thermique des aciers à outils dépend dans une très large mesure de leur composition chimique et, pour une même nuance, des conditions de recuit ;
-
les coûts matière et usinage avant traitement représentent une part très importante du coût global de l’outillage.
La maîtrise du traitement thermique des aciers à outils passe tout d’abord par une bonne connaissance des différentes opérations : recuit, trempe, revenu, aussi bien sur le plan métallurgique que technologique. Elle impose ensuite une maîtrise des principaux incidents : déformations, tapures, risques de ruptures…
Le lecteur se reportera utilement, pour les propriétés des aciers à outils obtenues après traitement thermique, aux articles :
Aciers à outils – Données numériques normalisées [M 4 590],
Aciers à outils – Données numériques non normalisées [M 4 591].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1993 par Robert LÉVÊQUE
DOI (Digital Object Identifier)
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7. Conclusion
Le traitement thermique des aciers à outils a subi une assez forte évolution dans la dernière décennie, en particulier dans le domaine de la compréhension des mécanismes de durcissement secondaire, dans la conduite des fours et dans l’optimisation des conditions de trempe afin de réduire au maximum les déformations et les risques de tapures. L’utilisation de codes aux éléments finis permet maintenant de prévoir en fonction de la géométrie de l’outillage les zones dangereuses de concentration de contraintes où il y a risque de rupture au cours de la trempe. Par ailleurs, le suivi des atmosphères de traitement permet de contrôler en direct l’échange de carbone du métal vers l’extérieur et par voie de conséquence les risques de décarburation. Avec l’utilisation accrue de la trempe au gaz sous haute pression et des cinétiques rapides de trempe pour outillages de grandes dimensions, la qualité du traitement thermique en four sous vide a considérablement été améliorée au cours de la dernière décennie. Il en résulte une forte réduction des déformations et une amélioration de l’état de surface après traitement, ce qui a permis de réduire fortement l’opération de finition mécanique.
L’amélioration de la connaissance des mécanismes du durcissement secondaire des aciers à outils a permis de mieux connaître les conditions de traitement thermique susceptibles de donner les caractéristiques mécaniques optimales, en particulier la tenue aux chocs et à la fatigue, ainsi que la résistance à l’usure. Le rôle joué par les différents types de carbures est maintenant bien connu. Il en résulte également la possibilité d’optimiser la composition chimique de certains aciers pour associer trempabilité et bonne ténacité, comme par exemple dans la famille des aciers à 5 % Cr.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KLARENFJORD (B.), SCHINDLER (A.), SCHRUFF (I.) - A new rating chart for the microstructure of hot-work tool steels - Progress in Tool Steels, Proceedings of the 4th International Conference on Tooling, Ruhr University Bochum, p. 147 (sept. 11th to 13th 1996).
-
(2) - BERTHON (J.), CHARRIER (J.), MARATRAY (F.) - Étude de l’optimisation de la teneur en carbone et des conditions de traitement thermique de l’acier 6-5-2 - Coll. Intern. sur les Aciers à Coupe Rapide, Saint-Étienne (1975).
-
(3) - KULMBURG (A.), BUCHMAYR (B.), KOZESCHNIK (E.) - Prediction of carbides and transformation kinetics of tool steels - Progress in Tool Steels, Proceedings of the 4th International Conference on Tooling, Ruhr University, Bochum, p. 309 (sept. 11th to 13th 1996).
-
(4) - GROSSMANN (M.A.), ASIMOW (M.) - La trempabilité des aciers et l’influence du milieu de trempe - Iron Age (USA), 145, n° 17, p. 25 ; n° 18, p. 39 (1940).
-
(5) - ASIMOW (M.), CRAIG (W.F.), GROSSMANN (M.A.) - Correlation between Jominy test and quenched round bars - SAE Journal...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Système de désignation des aciers – Partie 1 : désignation symbolique, symboles principaux. Indice de classement : A02-005-1. - NF EN 10027-1 - 11-1992
-
Systèmes de désignation des aciers – Partie 2 : systèmes numériques. Indice de classement : A02-005-2. - NF EN 10027-2 - 11-1992
-
Systèmes de désignation des aciers – Partie 1 : désignation symbolique. Indice de classement : A02-005-1PR. - PR NF EN 10027-1 - 09-2001
-
Aciers à outils. Indice de classement : A35-590. - NF EN ISO 4957 - 05-2000
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Construire acier (ex Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier), 20, rue Jean Jaurès, 92800 Puteaux
Centre technique des industries mécaniques (CETIM), BP 67, 60304 Senlis Cedex,
Association de Traitement Thermique et de Traitement de Surface (A3TS), 71, rue Lafayette, 75009 Paris
HAUT DE PAGE
Basic Knowledge of High Speed Steels ERAMET, CD-ROM, June 2007,
HAUT DE PAGE1.3 Producteurs (liste non exhaustive)
Akers France SA, Chemin du Leidt, 57100 Thionville
Ascometal, Groupe Lucchini, Immeuble Le Colisée, 8, avenue de l’Arche, 92419 Courbevoie
Bohler...
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