TRAITEMENT THERMIQUE
Le traitement thermique est un procédé thermique contrôlé permettant de modifier la microstructure métallurgique de l’acier afin d’obtenir les propriétés mécaniques requises. Selon le procédé utilisé, le traitement thermique peut améliorer la résistance, la dureté, la ténacité, la résistance à l’usure et la tenue à des températures élevées d’un élément de fixation.
APERÇU DES PROCÉDÉS DE TRAITEMENT THERMIQUE
Le procédé de traitement thermique approprié dépend de la composition de l’acier, des dimensions de l’élément de fixation, de la classe de qualité requise et de l’application prévue.
| Procédé | Température ou méthode approximative | Objectif | Applications types pour les éléments de fixation |
|---|---|---|---|
| Recuit | Juste en dessous de 721°C | Adoucit et sphéroïdise l’acier afin de faciliter sa mise en forme | Fil machine et ébauches avant frappe à froid |
| Normalisation | 800–920°C, suivis d’un refroidissement à l’air | Affine une structure à gros grains après un travail à chaud | Ébauches laminées ou forgées à chaud |
| Recuit de détente | 550–650°C | Réduit les contraintes résiduelles créées lors de la déformation à froid | Éléments de fixation frappés à froid de classes de qualité inférieures, lorsque cela est spécifié |
| Durcissement par trempe | Généralement au-dessus de 800°C, suivi d’une trempe | Forme une microstructure martensitique dure | Première étape du traitement de trempe et revenu |
| Revenu | Environ 200–650°C | Réduit la fragilité et ajuste la dureté et la ténacité | Effectué après la trempe |
| Trempe et revenu | Durcissement et trempe, suivis d’un revenu à environ 340–650°C | Combine une résistance élevée avec une ténacité et une ductilité suffisantes | Classes de qualité 8.8, 10.9 et 12.9 |
| Cémentation | Atmosphère riche en carbone, suivie d’un durcissement | Crée une surface dure et résistante à l’usure avec un cœur plus tenace | Vis autotaraudeuses, vis à filetage formé, vis à filetage coupé, vis pour panneaux de particules et certaines vis autoperceuses |
| Trempe par induction | Chauffage localisé par induction à haute fréquence, suivi d’une trempe | Apporte une dureté et une résistance à l’usure localisées | Tiges filetées et pièces spéciales |
Remarque : Les températures sont données à titre indicatif. Le cycle exact dépend de la composition de l’acier, des dimensions de l’élément de fixation, de l’équipement utilisé, des propriétés requises et de la norme produit applicable.
RECUIT
L’acier est maintenu pendant plusieurs heures à une température juste inférieure à 721°C, puis refroidi lentement. Au cours de ce procédé, la structure passe d’une perlite lamellaire dure à une perlite globulaire ou sphéroïdisée plus tendre. Le matériau obtenu est particulièrement adapté à la frappe à froid et aux autres opérations de mise en forme.
NORMALISATION (RECRISTALLISATION)
L’acier est chauffé à une température comprise entre environ 800°C et 920°C pendant une durée contrôlée, puis refroidi à l’air. Ce traitement affine la structure à gros grains pouvant résulter de procédés tels que le laminage à chaud ou le forgeage à chaud. La réduction de la taille des grains peut améliorer la limite d’élasticité et la résistance aux chocs sans réduire de manière significative la résistance à la traction.
RECUIT DE DÉTENTE
La déformation à froid introduit des contraintes résiduelles et un écrouissage dans le matériau. Le chauffage des éléments de fixation en acier à une température d’environ 550°C à 650°C pendant une durée contrôlée permet de réduire une grande partie de ces contraintes résiduelles. Les éléments de fixation sont ensuite refroidis lentement et uniformément afin d’éviter la création de nouvelles contraintes thermiques. Selon le matériau et le procédé de fabrication, ce traitement peut être utilisé pour certains éléments de fixation frappés à froid appartenant à des classes de qualité inférieures.
DURCISSEMENT PAR TREMPE
Lorsqu’un acier contenant une quantité suffisante de carbone est chauffé au-dessus de sa température critique de transformation — souvent supérieure à 800°C pour les aciers utilisés dans les éléments de fixation — puis rapidement refroidi dans de l’huile, de l’eau ou un autre milieu adapté, une microstructure martensitique dure mais fragile peut se former.
La dureté obtenue dépend de la teneur en carbone, de la composition de l’alliage, de la section du matériau et de la vitesse de refroidissement. Les éléments de fixation minces fabriqués dans un acier au carbone adapté peuvent être durcis jusqu’au cœur. Pour les diamètres plus importants, la chaleur ne peut pas être évacuée aussi rapidement du cœur. Des éléments d’alliage tels que le bore, le manganèse, le chrome, le nickel et le molybdène peuvent donc être ajoutés pour augmenter la trempabilité.
L’huile est couramment utilisée pour la trempe des éléments de fixation, car elle offre une vitesse de refroidissement mieux contrôlée que l’eau. L’eau refroidit plus rapidement, mais peut augmenter le risque de déformation et de fissuration lors de la trempe.
REVENU
À mesure que la dureté augmente, les contraintes de trempe et la fragilité augmentent également. Un second traitement thermique, appelé revenu, doit donc être réalisé dès que possible après la trempe. À des températures allant jusqu’à environ 200°C, la fragilité ne diminue que légèrement et la dureté est en grande partie conservée. À des températures de revenu plus élevées, les contraintes internes et la dureté diminuent, tandis que la ténacité et la ductilité s’améliorent.
TREMPE ET REVENU
La trempe et le revenu constituent un procédé combiné dans lequel le durcissement et la trempe sont suivis d’un revenu à haute température, généralement dans une plage comprise entre environ 340°C et 650°C. Il s’agit de l’un des traitements thermiques les plus importants pour les éléments de fixation à haute résistance. Le procédé permet d’obtenir un équilibre entre une résistance élevée à la traction et à la limite d’élasticité, et la ténacité nécessaire pour supporter les charges externes et dynamiques. Les classes de qualité 8.8, 10.9 et 12.9 sont obtenues par une trempe et un revenu contrôlés conformément aux exigences applicables.
CLASSES DE QUALITÉ DES ÉLÉMENTS DE FIXATION ET TRAITEMENT THERMIQUE
Les classes de qualité définissent des performances mécaniques minimales et n’imposent pas une nuance d’acier commerciale unique. Le matériau et le procédé de fabrication sont sélectionnés afin d’obtenir les propriétés mécaniques et physiques requises.
| Classe de qualité | Procédé ou traitement thermique type | Résistance minimale à la traction Rm (MPa) | Famille de matériaux type |
|---|---|---|---|
| 4.6 | Normalement non trempé et revenu ; le procédé est choisi afin de respecter les propriétés spécifiées | 400 | Acier à faible teneur en carbone |
| 4.8 | Normalement non trempé et revenu ; une déformation à froid ou un recuit de détente peut être utilisé | 420 | Acier à faible teneur en carbone |
| 5.6 | Normalement non trempé et revenu ; le procédé est choisi afin de respecter les propriétés spécifiées | 500 | Acier au carbone |
| 5.8 | Normalement non trempé et revenu ; une déformation à froid ou un recuit de détente peut être utilisé | 520 | Acier à faible teneur en carbone ou acier au carbone |
| 6.8 | Normalement non trempé et revenu ; le procédé est choisi afin de respecter les propriétés spécifiées | 600 | Acier au carbone |
| 8.8, d ≤ 16 mm | Trempé et revenu | 800 | Acier au carbone ou acier allié au bore |
| 8.8, d > 16 mm | Trempé et revenu | 830 | Acier allié au bore ou autre acier allié |
| 10.9 | Trempé et revenu | 1 040 | Acier à teneur moyenne en carbone, acier allié au bore ou acier allié |
| 12.9 | Trempé et revenu | 1 220 | Acier allié |
Remarque : Les valeurs minimales de résistance à la traction sont basées sur la norme ISO 898-1 pour les vis, boulons et goujons applicables en acier au carbone et en acier allié, testés à température ambiante. Les nuances de matériaux, la composition chimique et les procédés de fabrication peuvent varier selon le fabricant, les dimensions de l’élément de fixation et la spécification du produit.
CÉMENTATION
La cémentation est un procédé réalisé dans une atmosphère riche en carbone. Le carbone se diffuse dans la surface extérieure de la pièce chauffée, formant une couche mince qui peut être durcie afin d’offrir une résistance élevée à l’usure, tandis que le cœur reste plus tenace et plus ductile. La cémentation est couramment appliquée aux vis autotaraudeuses, aux vis à filetage formé, aux vis à filetage coupé, aux vis pour panneaux de particules et à certaines vis autoperceuses. Les traitements apparentés comprennent la carbonitruration, la nitruration en bain de sels et la nitruration gazeuse.
TREMPE PAR INDUCTION
Pour certaines applications spéciales, une couche résistante à l’usure peut être obtenue en chauffant rapidement une zone sélectionnée à l’aide d’une bobine d’induction à haute fréquence, sans contact direct avec la pièce. La zone chauffée est ensuite refroidie rapidement dans de l’huile, de l’eau ou un autre milieu contrôlé.
La trempe par induction est utilisée lorsqu’une seule partie d’un composant nécessite une dureté et une résistance à l’usure accrues. Elle peut également convenir aux pièces longues, telles que les tiges filetées. Le graphique ci-dessous présente la relation entre la teneur en carbone de l’acier, les températures de traitement thermique, les catégories d’acier et les propriétés mécaniques obtenues.
QUESTIONS FRÉQUEMMENT POSÉES SUR LE TRAITEMENT THERMIQUE
Pourquoi les boulons à haute résistance des classes 8.8, 10.9 et 12.9 doivent-ils être trempés et revenus ?
La trempe forme la structure martensitique dure nécessaire pour obtenir une résistance élevée, mais l’élément de fixation reste trop fragile dans son état immédiatement après la trempe. Un revenu est donc réalisé juste après afin de réduire les contraintes internes et de restaurer la ténacité tout en conservant l’essentiel de la résistance. Ensemble, ces procédés permettent d’obtenir l’équilibre requis entre résistance à la traction, limite d’élasticité et ductilité pour les assemblages boulonnés à haute résistance.
Quelle est la différence entre la cémentation et le durcissement à cœur ?
Le durcissement à cœur modifie la microstructure sur toute la section de l’élément de fixation, généralement par trempe et revenu. La cémentation produit uniquement une couche extérieure mince, dure et résistante à l’usure, tandis que le cœur reste plus tenace et plus ductile. Ce traitement est couramment utilisé pour les vis autotaraudeuses, les vis à filetage formé, les vis à filetage coupé, les vis pour panneaux de particules et certaines vis autoperceuses.
Un traitement thermique peut-il être inversé ?
Un traitement thermique ne peut pas être simplement inversé de manière à garantir le rétablissement des propriétés d’origine. Le recuit peut ramollir un acier durci, après quoi un nouveau cycle de traitement thermique contrôlé peut éventuellement être appliqué. Toutefois, la croissance des grains, la décarburation, la déformation et les traitements antérieurs peuvent influencer le résultat final. Le soudage ou un chauffage non contrôlé peut réduire la résistance d’un élément de fixation traité thermiquement et ne doit être effectué que lorsqu’une procédure approuvée l’autorise expressément.
Comment savoir si mes éléments de fixation ont été correctement traités thermiquement ?
Les marquages sur la tête indiquent la classe de qualité déclarée et le fabricant, mais ils ne prouvent pas à eux seuls qu’un lot de production spécifique a été correctement traité thermiquement. La vérification peut comprendre des essais de dureté, des essais de traction, une analyse chimique et un examen métallographique. Le laboratoire accrédité de Fabory peut évaluer les propriétés mécaniques et la microstructure.
Le traitement thermique affecte-t-il le revêtement de surface des éléments de fixation ?
Le traitement thermique est normalement achevé avant l’application du revêtement de surface. Le zingage électrolytique peut introduire de l’hydrogène dans les aciers à haute résistance ou durcis en surface. Le procédé de revêtement doit donc respecter les exigences de la norme ISO 4042 et inclure des mesures appropriées de réduction du risque. Un traitement de dégazage après revêtement peut réduire le risque de fragilisation par l’hydrogène, mais ne peut pas l’éliminer complètement. La galvanisation à chaud des éléments de fixation est régie par la norme ISO 10684. La compatibilité dépend de la classe de qualité, du matériau, du procédé de décapage, de la température de galvanisation et de la température de revenu d’origine. La compatibilité du revêtement doit toujours être évaluée pour les éléments de fixation à haute résistance.
ACHETEZ DES ÉLÉMENTS DE FIXATION TRAITÉS THERMIQUEMENT CHEZ FABORY
- Boulons à haute résistance des classes 8.8, 10.9 et 12.9
- Écrous à haute résistance
- Vis autotaraudeuses et vis autoperceuses
- Produits à six pans creux et vis sans tête
- Tiges filetées et goujons
GUIDES TECHNIQUES ASSOCIÉS
- Galvanisation à chaud — Découvrez comment les revêtements galvanisés à chaud interagissent avec les éléments de fixation traités thermiquement et pourquoi la norme ISO 10684 s’applique aux éléments de fixation filetés.
- Zingage électrolytique et revêtements en alliage de zinc — Découvrez les systèmes de revêtement électrolytique et les risques de fragilisation par l’hydrogène.
- Laboratoire Qualité et Ingénierie — Découvrez les capacités d’essai de Fabory concernant la résistance à la traction, la dureté, la composition chimique et la microstructure.
Dernière mise à jour : juillet 2026