Pourquoi les pièces métalliques présentent des défauts après un traitement thermique ?

Les traitements thermiques de métaux ont pour fonction d'améliorer les propriétés superficielles des pièces finies et de modifier leurs caractéristiques visuelles.

Les traitements thermiques réalisés sur les pièces finies (différents types d'acier, alliages métalliques de fer ou du cuivre) permettent d'améliorer leurs propriétés superficielles (la dureté, la résistance à la corrosion, à l'usure).

En effet, dans certains cas, ils permettent aussi d'obtenir une modification des caractéristiques visuelles déterminées (coloration superficielle, brillance, etc.). Cela est particulièrement vrai lorsqu'on parle, par exemple, d'ustensiles utilisés en cuisine (couteaux, fourchettes, cuillères) dont l'aspect et la résistance à la corrosion ont une très grande importance aux yeux des consommateurs.

Pendant le traitement thermique, les pièces métalliques sont chauffées rapidement dans un four et maintenues à haute température dans une atmosphère chaude et réactive réalisée avec des gaz tels que de l'ammoniac, des hydrocarbures, et un gaz neutre tel que l'azote. Ensuite, les pièces subissent un refroidissement rapide et contrôlé dans des fluides appropriés (air, huile, polymères ou gaz selon le type de trempe appliqué). Si un des paramètres de travail n’est pas bien réglé, on peut obtenir une pièce présentant une forme défectueuse et qui devient un rebut non utilisable. 

Quels sont les défauts inhérents à un traitement thermique de surface ?

Après un traitement thermique réalisé dans des conditions techniques non optimales, les matériaux traités et les pièces peuvent ne pas correspondre aux spécifications requises. Cela peut être un défaut visible, comme une coloration superficielle (vert, brun, avec des taches superficielles ou opaque). Parfois cela peut être aussi un défaut affectant les propriétés mécaniques de la pièce, comme par exemple :

• une variation trop importante de la dureté de surface d'un point à l'autre,
• une épaisseur de la couche modifiée non uniforme sur toute la pièce,
• des zones avec une composition chimique non souhaitée (décarburation superficielle et réduction de la teneur en carbone, épaisseur non uniforme de la couche de nitrure de fer).

Pourquoi les pièces peuvent-elles présenter des défauts ?

Au-delà d'une erreur dans l'application des bons paramètres du traitement thermique (ex. vitesse de trempe non suffisante, température trop basse, etc.), la contamination de l'atmosphère du four peut aussi générer des défauts sur les pièces finies. Cette contamination peut être causée par différents éléments :

• l'introduction dans le four de pièces métalliques sales (traces d'huiles ou de résidu de travaux précédents),
• l'utilisation de gaz (ammoniac, acétylène, azote pour la purge et la sécurité) pas suffisamment purs,
• des emballages contaminés,
• des fuites dans le système de distribution du gaz,
• un mauvais dimensionnement de l'installation pour les débits de gaz requis (ex. pour l'acétylène, il faut éviter le soutirage du solvant),
• ou tout simplement une dégradation du four : existence d'un trou ou d'une fuite qui permet à l'air et à la vapeur d'eau présents dans l'air de rentrer à l'intérieur du four, ou à l'atmosphère réactive de sortir du four. Ce dernier cas peut être très dangereux et présenter aussi des risques de sécurité pour les opérateurs.

Que faire en cas de défaut ou de non conformité des pièces traitées ?

Si la contamination ne provient pas des pièces mal nettoyées, ni du niveau de qualité ou de la composition non conforme du gaz, il est fort probable que le four ait une fuite ou une dégradation.

Pour éviter certains risques de défauts, Air Liquide vous propose des gaz de très haute pureté (Ex. ALNAT™ 8 est un ammoniac très pure distribué dans des emballages tracés et dédiés exclusivement aux traitements thermiques). De plus, notre équipe d'experts peut vous accompagner dans l'analyse ponctuelle ou continue de la composition de l'atmosphère de votre four. Notamment, ils peuvent vous proposer des mesures de :

• Teneurs en CO, CO₂ et CH₄, calcul du potentiel carbone ;
• Teneurs en H₂, O₂, H₂O (point de rosée) et températures.

Contactez-nous pour en savoir plus.