Pourquoi le traitement thermique est-il critique pour la dureté des aciers à outils ?

Découvrez ce qu’est un acier à outils ou acier rapide, ce qui le caractérise et pourquoi il lui faut un traitement thermique spécial.

La designation d'acier à outils fait référence à une variété d'acier au carbone et d'acier en alliage développé pour de nombreuse applications : réalisation des inserts de coupe, des outils de moulage, d’emboutissage, de tous outillages et équipements qui servent pour mettre en forme et réaliser les pièces métalliques et non métalliques pour les différents secteurs de l’industrie. Les outils de travail (ex. les outils pour l’usinage) sont en général des pièces très chères et critiques pour assurer la qualité de la pièce finale. Pour garantir une durée de vie des outils la plus longue possible, on utilise des nuances d’aciers ayant des compositions métallurgiques complexes et capables de supporter des traitements thermiques de très grande qualité.

Les différents types d'acier à outils

En métallurgie, on distingue plusieurs types d’acier à outil : dans les différentes catégories on a, entre autres, les aciers de travail a chaud ou à froid, ou à haute vitesse (selon l'environnement dans lequel les outils vont travailler), des aciers de travail qui doivent résister spécifiquement aux chocs, les aciers spéciaux qui doivent résister à l’usure, aux hautes pressions, (ex. les têtes des marteaux pneumatiques), etc.

La surface des outils de travail est fortement sollicitée, donc on demande à ce type d’acier d’avoir des qualités mécaniques extrêmes : dureté de surface, résistance à l'usure, au choc, etc. L'acier à outils a une composition très riche en carbone et en élément d’alliage pour faciliter la formation d'espèces carbures pendant des traitements thermiques. Ces espèces confèrent à la matière une dureté élevée tout en garantissant une tenue à l’impact appropriée.

Pourquoi l’acier de travail doit-il suivre un traitement thermique particulier ?

Les aciers à outils et les aciers de traitement doivent subir des traitements thermiques de très haute qualité (recuit, trempe, etc.) en respect des normes. Cela assure à la pièce finale, qui sera un outil de travail (outil de coupe, de perçage, élément de mise en forme pour le moulage etc.), une bonne durée de vie et les caractéristiques et propriétés mécaniques souhaitées, ainsi qu’une très haute stabilité dimensionnelle.

Les éléments métalliques semi finis en forme de barres à section ronde, sont livrés aux producteurs d’outils après un traitement initial de recuit. A cette phase, les aciers à outils sont composés d’une matrice assez souple dans laquelle les éléments d’alliages sont dispersés en forme de carbure. Après mise en forme de la pièce finie, on applique des traitements thermiques spécifiques de manière à changer leur distribution dans la matrice des aciers à outils et des aciers de traitement.

Cela suppose d'appliquer, dans un four adapté, un préchauffage, un maintien en température pour favoriser l'austénitisation de l’acier, un refroidissement et une trempe pour réduire les tensions internes de la pièce.

Quelles précautions prendre en matière de traitement de surface des aciers à outils ?

Les propriétés mécaniques des outils sont obtenues grâce à la transformation des propriétés de l’alliage pendant le traitement thermique. Cette phase finale est fondamentale pour obtenir un outil de travail qui respecte les normes et les spécifications requises.

Le choix du gaz et le bon entretien des fours sont des éléments fondamentaux pour assurer un bon résultat final. Le nettoyage des pièces avant traitement thermique est aussi primordial pour éviter toute contamination de l'atmosphère dans vos fours.

La sécurité doit être garantie pendant toutes les étapes de fabrication, en particulier si des atmosphères réactives sont utilisées dans les fours. Les experts Air Liquide sont à votre disposition pour vous accompagner et vous proposer les solutions gaz les plus adaptées à vos besoins.