Pourquoi traiter thermiquement un acier ?

Le traitement thermique est un ensemble de procédés destinés à modifier la structure interne d’un métal afin d’améliorer certaines propriétés mécaniques :

• dureté,
• résistance à l’usure,
• ténacité,
• élasticité,
• stabilité dimensionnelle,
• conductivité,
• ductilité.

Le traitement thermique ne change pas la composition chimique ; il modifie l’arrangement des phases (ferrite, perlite, bainite, martensite, austénite) et la taille des grains.

Les grands types de traitements thermiques

La trempe

Objectif : obtenir une structure dure et résistante, généralement martensitique.

Étapes :

1. Chauffage jusqu’à l’austénitisation
2. Maintien à température
3. Refroidissement rapide (huile, eau, polymère, air forcé)

Effets :

• dureté très élevée,
• forte résistance à l’usure,
• risque de déformations et fissures,
• structure instable sans revenu.

Les nuances fortement trempables (Z160CDV12, 100C6, XC75, 35NCD16…) réagissent intensément à la trempe.

Le revenu

Objectif : réduire la fragilité martensitique issue de la trempe.

Processus :

• chauffage sous la température d’austénitisation (150 à 650°C),
• maintien,
• refroidissement à l’air.

Effets :

• baisse de dureté,
• augmentation de la ténacité,
• stabilisation dimensionnelle,
• diminution des risques de rupture fragile.

Tous les aciers trempés doivent être revenus pour être exploitables industriellement.

Le recuit

Objectif : adoucissement du métal, homogénéisation de la microstructure, réduction des contraintes internes.

Types de recuit :

• recuit complet,
• recuit de détente,
• recuit de régénération,
• recuit de globulisation (aciers fortement carbonés).

Effets :

• meilleure usinabilité,
• meilleur formage,
• réduction de la dureté,
• microstructure plus stable.

La normalisation

Objectif : raffiner le grain et obtenir une structure uniforme.

Processus :

• chauffage au-dessus de l’austénitisation,
• refroidissement à l’air calme.

Effets :

• structure plus fine et régulière,
• propriétés mécaniques homogènes,
• bonne base pour un traitement ultérieur.

Souvent utilisée pour les aciers de construction (E24, E36).

Traitements thermochimiques

Objectif : modifier la composition en surface, sans toucher au cœur.

Principaux :

• cémentation (augmentation du carbone en surface),
• nitruration (durcissement par l’azote),
• carbonitruration.

Effets :

• surface très dure,
• cœur tenace,
• excellente résistance à l’usure,
• faible distorsion (nitruration).

Particulièrement indiqué pour 16NC6, 25CD4, ou les aciers traités en service.

Traitements de stabilisation

Ils visent à réduire les contraintes des matériaux après usinage, forgeage ou laminage.

• détente (550–650°C),
• stabilisation basse température (après trempe profonde).

Indispensables pour assurer la précision de pièces de haute exigence.

Comportement des nuances présentes chez ADD face aux traitements thermiques

Dans cette section, pas de tableau exhaustif par nuance comme pour l’usinabilité ou la soudabilité, car la question n’est pas "soudable / pas soudable", mais comment se comporte chaque type d’acier sous traitement thermique.

On regroupe donc par familles métallurgiques.

Aciers doux de construction (E24, E36, A37, A60, TU37B)

• Très faible teneur en carbone.
• Ne prennent pas la trempe.
• Recuit et normalisation utiles pour homogénéiser la structure.
• Revenu inutile (pas de martensite).
• Parfaits pour pliage, soudage, fabrication générale.

Aciers carbone moyens (C45, XC38, XC48, E470)

• Peuvent être trempés en surface ou sur petites sections.

• Réponse modérée à la trempe, mais suffisante pour :

  arbres, axes, pièces en mouvement.

• Recuit possible pour faciliter l’usinage.

• Normalisation fréquente.

• Revenu indispensable après toute trempe.

Aciers alliés mécaniques (25CD4, 35CD4, 42CD4, 30CND8, 40CMD8, E470)

• Très bonne réaction aux traitements thermiques.
• Bonne profondeur de trempe grâce aux éléments d’alliage (Cr, Mo, Ni).
• Beaucoup utilisés en mécanique générale, automobile, machines-outils.
• Revenu essentiel pour obtenir ténacité et durabilité.
• Grande stabilité après couple trempe + revenu.

Aciers très alliés / haute résistance (35NCD16, 45NCD16)

• Trempabilité très élevée.
• Adaptés aux pièces critiques : aéronautique, mécanique lourde.
• Demande un contrôle rigoureux des cycles thermiques.
• Risques de déformation si mal traité.
• Revenu obligatoire.

Aciers à outils et de haute dureté (Z38CDV5, Z160CDV12, STUB, 100C6, 55NCDV7, XC75)

• Les plus sensibles et les plus exigeants.

• Capables d’atteindre des duretés très élevées :

  55 à 64 HRC selon nuance.

• Utilisés en découpe, cisaille, poinçonnage, roulements, ressorts.

• Nécessitent maîtrise de la trempe :

  contrôle des vitesses, des atmosphères, des revenus multiples.

• Structure finale : martensite + carbures très durs.

4. Traitement thermique des autres métaux

Aluminium (2011, 2030, 5083, 5754, 6060, 6061, 6082, 7075, 2017A)

L’aluminium ne se trempe pas comme l’acier.

Il se durcit par précipitation (T6, T651, T4…).

• Séries 2000, 6000, 7000 : durcissables
• Séries 5000 : non durcissables (écrouissage uniquement)
• T6 = durcissement + revenu artificiel
• T651 = stabilisation pour réduire les déformations

7068 et 7075 sont parmi les plus sensibles à la surchauffe.

Inox (303, 304L, 316L, F15NM, Z30C13)

• 304L, 316L, 303 : ne se trempent pas.
• Leur structure reste austénitique.
• Revenu inutile.
• Recuit possible pour adoucir ou éliminer tensions internes.
• Z30C13 et F15NM : inox martensitiques → peuvent être trempés et revenus.

Cuivre, laiton, bronze (CUA1, UZ39Pb, UE12)

Ces métaux ne développent pas de martensite.

• Pas de trempe au sens acier.
• Durcissables par écrouissage, puis adoucissables par recuit.
• Le laiton et bronze nécessitent des cycles bas pour éviter la fragilisation.

Comment choisir le bon traitement selon votre application

• Résistance maximale à l’usure : trempe + revenu (Z160CDV12, 100C6).
• Résistance mécanique élevée : trempe + revenu modéré (42CD4, 40CMD8, 35NCD16).
• Tenacité et fiabilité : normalisation + revenu.
• Usinabilité avant mise en forme : recuit complet.
• Stabilité dimensionnelle : détente ou stabilisation.
• Applications marines inox : pas de trempe (304L, 316L).

FAQ

Qu’est-ce que l’austénitisation ?

C’est la phase où l’acier est chauffé pour former de l’austénite, nécessaire avant une trempe.

Peut-on tremper tous les aciers ?

Non. Seuls les aciers contenant suffisamment de carbone et/ou d’alliages trempants peuvent produire de la martensite.

Pourquoi faut-il faire un revenu après trempe ?

Parce que la martensite brute est trop fragile. Le revenu redonne de la ténacité et stabilise la structure.

L’aluminium se trempe-t-il ?

Non. Il se durcit par précipitation (T6) et non par transformation martensitique.

Les inox se trempent-ils ?

Uniquement les inox martensitiques (Z30C13, F15NM).

Les inox 304L, 316L et 303 ne sont pas trempants.

Quels aciers prennent le mieux la trempe ?

Les aciers fortement alliés comme 35NCD16, 45NCD16, Z38CDV5, Z160CDV12, 100C6 ou XC75.

Pour aller plus loin :