Crystec Technology Trading GmbH

Lors du recuit, la pièce est chauffée à une certaine température puis refroidie lentement. Diffents objectifs peuvent être visés :
Le recuit pour grain grossier vise à augmenter la taille des cristallites. Cela réduit la résistance et augmente la ductilité, ce qui est souhaitable pour certaines opérations d'usinage.
Le recuit de détente se déroule à des températures relativement basses, entre 480°C et 680°C, et permet d'éliminer les contraintes internes introduites par une déformation mécanique ou l'usinage. Par ailleurs, les propriétés de l'acier doivent rester essentiellement inchangées.
Le recuit par diffusion peut durer jusqu'à 2 jours, se déroule à des températures élevées entre 1050°C et 1300°C et vise une répartition homogène des atomes étrangers dans le réseau métallique. La vitesse de refroidissement détermine la formation des phases et donc les propriétés de l'acier.
Le recuit de recristallisation restaure la forme des cristallites qui existaient avant la déformation à froid. Pour cela, la pièce est chauffée à des températures légèrement supérieures à la température de recristallisation, généralement entre 550°C et 700°C. La température de recristallisation dépend du matériau et du degré de déformation.
Le recuit normal (normalisation) est l'un des procédés de traitement thermique les plus importants. Il vise la formation d'une microstructure à grains fins uniformément répartis. Pour les aciers riches en carbone, la température de recuit est juste en dessous de 800°C ; pour les aciers faiblement carburés, cette température peut monter jusqu'à 950°C.
Lors du recuit d'adoucissement, les précipités de cémentite ou de perlitte sont réduits pour diminuer la dureté et la résistance, facilitant la mise en forme. Les températures typiques sont 680°C - 780°C.
JTEKT propose des fours continus et discontinus pour tous les procédés de recuit, aussi bien pour un fonctionnement en atmosphère qu'en four sous vide.

Lors du durcissement des aciers non alliés dans des fours de trempe, la pièce est d'abord portée à une température comprise entre 800°C et 900°C afin que, pour les aciers faiblement carburés, l'austénite soit présente. Pour les aciers alliés, la température nécessaire peut varier sensiblement.
Pour éviter la corrosion, on peut utiliser du gaz exothermique dans le four. Le gaz exothermique est produit dans un générateur de gaz adapté à partir d'hydrocarbures et contient, outre CO, H₂ et N₂, également du CO₂ et de l'H₂O.

Après le chauffage, l'acier est refroidi si rapidement que les atomes de carbone ne peuvent pas se déplacer vers des positions de réseau plus favorables, car la vitesse de diffusion du carbone à basse température est trop faible pour permettre ce réarrangement.
La structure du réseau de fer change néanmoins lorsque la température diminue et on obtient la martensite. En raison des défauts et des contraintes du réseau, la martensite est très dure et résistante, mais aussi peu déformable et fragile.
Les pièces épaisses nécessitent des vitesses de refroidissement élevées pour être entièrement durcies. En pratique, les pièces sont plongées dans un bain d'huile ou d'eau. L'eau est le plus efficace du fait de sa conductivité thermique élevée, mais lors de l'immersion une pellicule de vapeur se forme d'abord à la surface de la pièce (phénomène de Leidenfrost), réduisant le transfert de chaleur. Il faut veiller à immerger la pièce de manière à garantir un contact liquide uniforme sur toute la surface. En alternative, on peut utiliser des solutions polymériques aqueuses pour le bain de trempe.
Le chauffage des pièces peut s'effectuer dans des fours à convoyeur chaîne ou à rouleaux, en la sortie desquels les pièces tombent ou glissent dans le bain de trempe, ou dans des fours à hotte chargés par le dessous et d'où de grandes pièces peuvent être sorties rapidement.

Des fours sous vide sont également utilisés pour les processus de trempe et de durcissement. La basse pression évite l'oxydation ou la coloration de la surface des pièces.

Après la trempe ou le durcissement dans de l'huile ou des émulsions, il est nécessaire de laver les pièces avant de pouvoir les traiter dans le four de revenu. JTEKT propose des laveuses individuelles à cet effet ; il est toutefois possible d'intégrer les opérations de lavage dans une ligne de traitement. Les étapes de chauffage, trempe, lavage et revenu peuvent ainsi être réalisées dans une seule installation.

Contrairement au durcissement classique par trempe et revenu, qui durcit la pièce intégralement, les traitements thermiques modernes permettent aussi de durcir sélectivement la surface. On obtient ainsi une couche externe extrêmement résistante à l'usure et dure, associée à un noyau résilient et élastique. Ceci est idéal pour des composants soumis à de fortes sollicitations de surface sans perdre leur stabilité dimensionnelle. Plusieurs procédés de durcissement, soigneusement contrôlables, sont disponibles pour répondre à ces besoins.

Cémentation / Trempe de surface (carburizing / case hardening)

Le procédé de cémentation convient particulièrement aux aciers faiblement carburés. Durant le procédé, la pièce est tenue à haute température dans une atmosphère riche en carbone issue d'un gaz de procédé endothermique. Ce gaz est généré à partir de méthane, éthane ou propane dans un réacteur et se compose principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène et d'azote.

L'acier est chauffé dans un four de cémentation à des températures comprises entre 900°C et 1000°C. Dans cet environnement, le carbone diffuse depuis le gaz vers la surface de l'acier et l'enrichit jusqu'à une profondeur d'environ 1 mm, proche de la limite de solubilité dans l'austénite. On obtient ainsi une couche préparée de manière optimale pour l'étape de trempe et de revenu qui suit.

On utilise notamment des fours JTEKT de type KCF, réputés pour leur grande stabilité de température, leur efficacité énergétique et la sécurité du procédé. La cémentation peut être réalisée en lignes continues ou en systèmes discontinus selon les volumes de production et la géométrie des pièces.

Technologies de fours polyvalentes pour chaque exigence

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  Four continu à passage avec transport par rouleaux céramiques
  Particulièrement adapté aux pièces sensibles ou critiques pour la précision. Les rouleaux céramiques assurent un guidage dimensionnel stable, propre et résistant à la chaleur.
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  Four continu à chaîne pour cémentation
  Idéal pour de hauts débits et une qualité uniforme. Le flux continu de matière permet des résultats reproductibles avec des temps d'arrêt minimaux.
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  Four continu rotatif (rotary drum) pour cémentation
  Particulièrement adapté aux charges en vrac ou aux petites pièces. Le four rotatif assure un traitement homogène de toutes les pièces et peut être étendu par des modules de trempe, lavage et revenu si nécessaire.

La carbonitruration est un procédé thermo-chimique très précis visant à obtenir des couches superficielles résistantes à l'usure. Contrairement à la cémentation pure, on apporte au cours du chauffage, en phase gazeuse, non seulement du carbone mais aussi de l'azote. L'azote est généralement introduit sous forme d'ammoniac (NH₃), ce qui favorise la formation contrôlée de nitrures en surface.

À des températures de procédé plus basses, de l'ordre de 650 - 770°C, l'azote diffuse efficacement dans l'acier. Après trempe se forme, au-dessus de la zone martensitique enrichie en azote, une couche mince mais extrêmement dure de nitrures et de carbures. Si la carbonitruration est effectuée à des températures plus élevées (770 - 930°C), cette couche particulière ne se forme pas car le carbone diffuse beaucoup plus rapidement dans cette fenêtre de température. L'azote stabilise également l'austénite et permet ainsi une trempe plus douce tout en obtenant une dureté superficielle nettement accrue.

Comparée à la cémentation, la couche durcie par carbonitruration est plus mince, mais représente une solution économique pour des pièces nécessitant une grande résistance à l'usure avec une moindre profondeur de couche. Comme pour la cémentation, la phase gazeuse est suivie d'une trempe et d'un revenu afin d'obtenir des propriétés optimales en termes de dureté, de microstructure et de tenue dimensionnelle.

Technologie de fours précise pour les processus de carbonitruration

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  Four de carbonitruration
  Idéal pour les procédés standards dans la plage 650°C à 930°C. Parfait pour une production proche de la série avec des profondeurs de couche définies et des cycles courts.
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  Four de carbonitruration sans flamme avec bain de trempe sous vide
  La solution premium pour les exigences les plus élevées. L'exploitation sans flamme crée une atmosphère de procédé extrêmement propre et homogène, idéale pour les pièces critiques en précision. Le bain de trempe sous vide intégré garantit une trempe particulièrement maîtrisée, sans oxydation, et une qualité de pièce exceptionnelle.

La nitruration est l'un des procédés de durcissement de surface les plus efficaces lorsqu'il s'agit d'obtenir une grande stabilité dimensionnelle, peu de déformation et une dureté de surface extrême. Dans un four de nitruration, l'azote diffuse dans la couche superficielle de l'acier à des températures relativement basses de 500 à 550°C. L'ammoniac (NH₃) sert de source d'azote ; sa décomposition libère de l'azote actif qui migre dans les sites interstitiels de l'acier et provoque une contrainte du réseau, base de l'augmentation caractéristique de la dureté, sans trempe ni formation de martensite. Des précipitations de nitrures peuvent se produire lors du refroidissement contrôlé.

Lors de la nitrocarburation, du carbone est introduit en plus de l'azote, généralement sous forme de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures. Étant donné la faible solubilité du carbone dans l'acier déjà enrichi en azote, le carbone reste principalement au voisinage immédiat de la surface. Au refroidissement, des carbonitrures durs se forment à cet endroit. De plus, la durée du processus de nitrocarburation est nettement plus courte que celle d'une nitruration classique, ce qui constitue un avantage économique en production de série.

Les aciers nitrurés et nitrocarburés présentent une couche superficielle très dure, à faible frottement et résistante à la corrosion. Cette couche, de faible épaisseur, offre d'excellentes propriétés de glissance et une meilleure polissabilité. Bien qu'elle soit moins résistante à l'usure et relativement fragile, elle représente néanmoins un compromis optimal entre performance, coût et fiabilité du procédé pour de nombreuses applications, par exemple en mécanique, dans l'automobile ou pour des outils de précision.

Technologie moderne de fours pour nitruration et nitrocarburation

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  Four de nitruration / four à hotte
  La solution classique pour une incorporation uniforme d'azote et une excellente stabilité de température. Particulièrement adapté aux processus de nitruration et nitrocarburation exigeant un contrôle précis.
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  Four de nitruration en deux étapes
  Idéal pour des géométries de pièces exigeantes et des cycles optimisés. La conduite en deux étapes d'atmosphère et de température permet d'obtenir des zones de couche particulièrement uniformes, des temps de cycle réduits et des résultats de surface de haute qualité.