Recuit de recristallisation de l'acier – suppression des effets de la contrainte et restauration de la plasticité

recuit de recristallisation Le traitement thermique est un procédé principalement utilisé sur les matériaux ayant subi un écrouissage. Son objectif principal est d'éliminer les effets de l'écrouissage et de restaurer la microstructure, permettant ainsi au matériau de retrouver sa plasticité.
Lors du laminage à froid, de l'étirage, de l'emboutissage, du pliage et autres procédés de déformation à des températures inférieures à la température de recristallisation, la densité de dislocations augmente, les grains s'allongent et le matériau devient plus dur et plus résistant, mais aussi moins ductile. Une fois un degré d'écrouissage élevé atteint, toute déformation ultérieure peut devenir difficile, voire impossible, sans traitement thermique intermédiaire.
Un recuit de recristallisation correctement effectué conduit à la formation de nouveaux grains, exempts d'une part importante des effets de la déformation antérieure, qui remplacent alors la microstructure déformée. Par conséquent, réduction de la dureté et de la résistance liée à l'écrouissage et à une augmentation significative de la plasticité.

Qu'est-ce qu'un crush ?

Écraser La déformation plastique désigne l'ensemble des modifications de la microstructure et des propriétés d'un matériau qui surviennent lors d'une déformation plastique, principalement à froid. Au cours de la déformation, on observe un mouvement intense et une multiplication des dislocations, dont la densité croissante entrave le mouvement ultérieur des dislocations suivantes.
En conséquence, le matériau subit durcissement par déformationPour obtenir une déformation plus importante, il faut appliquer une contrainte de plus en plus importante.
Les effets typiques de l'écrasement sont :

• augmentation de la densité de dislocations,
• allongement et déformation des grains dans le sens de la transformation,
• augmentation de la dureté,
• augmentation de la limite d'élasticité et de la résistance,
• réduction de la plasticité,
• formation de texture cristallographique,
• stockage d'énergie de déformation dans la microstructure,
• Possibilité d'apparition de tensions internes.

Qu'est-ce que le recuit de recristallisation ?

Le recuit de recristallisation consiste à chauffer un matériau déformé plastiquement à une température permettant la formation et la croissance de nouveaux grains présentant une densité de dislocations beaucoup plus faible que dans la structure déformée.
Contrairement à recuit complet Ce procédé ne nécessite pas d'austénitisation de l'acier. La recristallisation peut se produire à l'état solide sans transformation de la structure en austénite.
Il s'agit d'une différence fondamentale entre le recuit de recristallisation et de nombreux traitements thermiques qui utilisent des transformations de phase.

Pourquoi un matériau nécessite-t-il une recristallisation après avoir été broyé ?

L'écrouissage peut être un effet recherché lorsqu'il s'agit d'accroître la résistance et la dureté d'un matériau. Cependant, il constitue une limitation technologique dans de nombreux procédés de fabrication.
Par exemple, lors du tréfilage en plusieurs étapes ou du laminage de tôles, le matériau devient de plus en plus dur et moins susceptible de se déformer après chaque opération. La poursuite du processus peut nécessiter des forces de plus en plus importantes et accroître le risque de fissuration.
Le recuit de recristallisation effectué entre les étapes successives de mise en forme plastique peut restaurer une ductilité adéquate et permettre une déformation ultérieure.

Étapes des changements de microstructure lors du chauffage du matériau après écrouissage.

Les changements qui se produisent lors du chauffage d'un matériau déformé plastiquement peuvent être considérés en trois étapes fondamentales :

1. récupération,
2. recristallisation,
3. croissance des céréales.

Ces étapes sont interdépendantes mais représentent différents mécanismes de changements survenant dans la microstructure.

1. Récupération des matériaux

Récupération Elle précède la recristallisation proprement dite. Lors du chauffage, la mobilité des défauts du réseau cristallin augmente, ce qui permet une réorganisation partielle et l'annihilation des dislocations.
L'énergie emmagasinée lors de la déformation précédente est réduite, et certaines contraintes résiduelles peuvent diminuer. Un ordre des dislocations et la formation d'une structure sous-granulaire peuvent également se produire.
Durant la phase de récupération, l'agencement de base des grains déformés est toutefois largement préservé. Ils ne sont pas encore entièrement remplacés par de nouveaux grains, comme c'est généralement le cas lors de la recristallisation.

2. Recristallisation

Une fois les conditions thermiques appropriées atteintes, de nouveaux grains présentant une densité de dislocations nettement inférieure commencent à se former au sein du matériau. Leur formation est rendue possible par l'énergie préalablement emmagasinée lors de la déformation plastique.
De nouveaux grains se forment progressivement au détriment de la microstructure déformée. Au fur et à mesure que le processus progresse, les zones allongées et fortement déformées sont remplacées par de nouveaux grains de forme plus uniforme.
Cette étape est responsable des plus grands changements dans les propriétés mécaniques : la dureté et la résistance résultant de l’écrouissage diminuent, tandis que la plasticité augmente.

3. Croissance des grains

Une fois la recristallisation terminée, le maintien du matériau à des températures élevées peut entraîner croissance des céréalesLes grains plus gros croissent au détriment des plus petits, car le système tend à réduire la surface totale des joints de grains.
Une croissance excessive des grains n'est généralement pas un effet souhaitable du recuit de recristallisation. Des températures trop élevées ou des durées de recuit trop longues peuvent donc entraîner une détérioration des propriétés requises du matériau.

Microstructure avant et après recristallisation

Température de recristallisation

La température de recristallisation n'est pas une constante unique, caractéristique de tous les métaux, ni même d'un matériau donné. La recristallisation est un processus qui dépend à la fois de la température et du temps.

La température initiale et la vitesse de recristallisation sont influencées, entre autres, par :

• type de matériau,
• composition chimique,
• degré de déformation plastique antérieure,
• granulométrie initiale,
• température de traitement préalable,
• temps de chauffage,
• présence de précipités et d'éléments d'alliage,
• pureté du matériau.

Par conséquent, il serait erroné de spécifier une température de recuit de recristallisation unique et universelle pour tous les aciers. Les paramètres du procédé doivent être déterminés en fonction du matériau et de son état de déformation antérieur.

L'influence du degré d'écrouissage sur la recristallisation

Le degré de déformation plastique initiale est fondamental pour le processus de recristallisation. Plus la déformation est importante, plus l'énergie stockée dans le matériau est grande et plus la densité de dislocations est élevée.
L'énergie stockée élevée est le moteur du processus de recristallisation. Par conséquent, un matériau soumis à une déformation plus importante peut recristalliser plus facilement, à une température plus basse ou en un temps plus court, qu'un matériau soumis à une déformation moindre.
Il existe également un concept écrasement critiqueSi le degré de déformation est trop faible, le nombre de sites favorables à la formation de nouveaux grains peut s'avérer insuffisant pour obtenir une recristallisation typique. Dans certaines conditions, cela peut conduire à la formation de grains excessivement grossiers.

Influence de la température et du temps de chauffage

La température et le temps sont des paramètres interdépendants. L'augmentation de la température accroît la vitesse des processus de diffusion et la mobilité des joints de grains, permettant ainsi une recristallisation plus rapide.
À basse température, le degré de recristallisation nécessaire pour atteindre un niveau similaire peut être plus long. Inversement, une augmentation excessive de la température ou du temps après la fin de la recristallisation accroît le risque de croissance des grains.
Le cycle optimal doit donc garantir le degré de recristallisation requis sans prolonger inutilement la durée du recuit.

L'effet de la recristallisation sur la dureté

Lors de l'écrouissage, la dureté d'un matériau augmente en raison de l'écrouissage. Lors de la recristallisation, de nouveaux grains présentant une densité de dislocations nettement inférieure se forment, ce qui entraîne une diminution significative de la dureté.
La variation de dureté peut être utilisée concrètement pour évaluer l'avancement du processus. En recherche sur les matériaux, la relation entre la dureté et la température ou la durée du recuit peut indiquer l'importance de la recristallisation.

L'effet de la recristallisation sur la résistance

L'écrouissage augmente la limite d'élasticité et la ténacité d'un matériau. La recristallisation supprime une part importante de cet écrouissage, ce qui réduit les propriétés mécaniques qui y sont associées.
Il ne s'agit pas d'un défaut du procédé, mais de son effet recherché lorsque le matériau doit être soumis à des opérations de mise en forme plastique ultérieures.

L'effet de la recristallisation sur la plasticité

L'un des effets les plus caractéristiques du recuit de recristallisation est restauration de la plasticité perdue lors du travail à froid.
Un matériau devenu dur et moins susceptible de se déformer davantage après un laminage ou un étirage intensif peut être soumis à un traitement plastique supplémentaire après un recuit approprié.
C’est pourquoi la recristallisation est un élément important des processus de production en plusieurs étapes pour les feuilles, les bandes, les fils, les barres, les tubes et autres produits semi-finis travaillés à froid.

Recuit de recristallisation de feuilles et de bandes

Le laminage à froid permet d'obtenir des tolérances dimensionnelles faibles, une bonne qualité de surface et les propriétés matérielles requises, tout en renforçant le matériau.
Si des réductions d'épaisseur supplémentaires ou un emboutissage profond ultérieur sont nécessaires, le matériau peut nécessiter un recuit de recristallisation. Ce procédé permet de restaurer la capacité de la tôle ou de la bande à subir de nouvelles déformations.
Selon la technologie, le recuit peut être effectué comme étape intermédiaire entre les phases de laminage successives ou comme traitement final pour donner au matériau les conditions de livraison requises.

Recuit de recristallisation du fil

Lors du tréfilage, la section du fil est progressivement réduite par son passage à travers des filières. Chaque passage accroît le degré de déformation et durcit davantage le matériau.
Une fois un certain degré de durcissement atteint, l'étirage ultérieur peut nécessiter des forces très importantes et accroître le risque d'endommagement du matériau. Un recuit intermédiaire permet de réduire les effets de l'écrouissage et de poursuivre l'étirage.

Recuit de recristallisation des tubes et profilés

Les tubes et profilés produits ou calibrés par écrouissage peuvent également subir un durcissement important. Selon le matériau et la technologie, un recuit de recristallisation peut être utilisé entre les étapes successives d'étirage, de réduction ou de mise en forme.
Cela permet au matériau de retrouver sa capacité à se déformer davantage et réduit le risque de fissuration lors des opérations ultérieures.

Recuit de recristallisation et recuit de relaxation des contraintes

Le recuit de recristallisation ne doit pas être confondu avec recuit de détente.
Le recuit de détente vise principalement à réduire les contraintes résiduelles tout en minimisant les modifications de la microstructure et des propriétés intrinsèques du matériau. Le recuit de recristallisation, quant à lui, a pour but de favoriser la formation et la croissance de nouveaux grains, remplaçant ainsi la structure déformée lors de la mise en forme plastique antérieure.

Recuit de recristallisation et recuit complet

recuit complet Ce procédé utilise l'austénitisation et un refroidissement très lent pour obtenir la structure d'acier souhaitée. Il est donc lié aux transformations de phase qui se produisent lors du chauffage et du refroidissement.
Le recuit de recristallisation ne nécessite pas d'austénitisation. Son mécanisme est principalement lié à l'énergie emmagasinée dans le matériau lors d'une déformation antérieure, ainsi qu'à la formation et à la croissance de nouveaux grains.

recuit de recristallisation et normalisation

Acier normalisé Ce procédé consiste à chauffer le matériau jusqu'à l'état austénitique, puis à le refroidir à l'air. Il permet notamment d'homogénéiser et d'affiner sa structure.
La recristallisation sert principalement à éliminer les effets d'une déformation à froid antérieure. Ces procédés font donc appel à des mécanismes différents et sont utilisés dans des contextes technologiques variés.

Recuit de recristallisation et adoucissement de l'acier

Le recuit de recristallisation peut entraîner une réduction significative de la dureté et est donc classé comme un procédé permettant adoucissement de l'acierLa cause de ce ramollissement est cependant caractéristique.
Ce phénomène n'est pas principalement dû à une modification de la morphologie des carbures, comme lors d'un recuit de sphéroïdisation, ni à la lente transformation de l'austénite, comme lors d'un recuit complet. Il résulte de l'élimination de la structure écrouie et de son remplacement par de nouveaux grains présentant une densité de dislocations plus faible.

Recristallisation et aciers inoxydables

Le formage à froid est également largement utilisé dans la production acier inoxydableLe laminage, l'étirage et le formage peuvent entraîner un durcissement important, notamment dans certains aciers austénitiques.
Un traitement thermique approprié peut permettre la recristallisation de la structure déformée. Cependant, dans le cas des aciers inoxydables, les paramètres de traitement doivent être sélectionnés en tenant compte de la nuance spécifique et d'autres phénomènes susceptibles de se produire pendant le chauffage. Par conséquent, une plage de température unique ne peut être utilisée pour tous les aciers inoxydables.

Quels sont les facteurs qui influencent la taille des grains après recristallisation ?

La granulométrie obtenue après le procédé a un impact significatif sur les propriétés finales du matériau. Elle est principalement influencée par :

• degré d'écrasement antérieur,
• taille des grains avant déformation,
• température de recuit,
• temps de chauffage,
• composition chimique,
• présence de précipités inhibant le mouvement des joints de grains.

Une combinaison inappropriée de faible vitesse de déformation et de conditions de recuit peut entraîner la formation de gros grains. Par conséquent, le degré de déformation préalable est un paramètre de procédé aussi important que la température elle-même.

Les erreurs les plus fréquentes lors du recuit de recristallisation

• température trop basse ou durée trop courte – La recristallisation peut être incomplète.
• Température trop élevée – Une fois la recristallisation terminée, une croissance excessive des grains peut se produire.
• Temps de chauffage trop long – augmente le risque de croissance des grains et prolonge inutilement le processus.
• Ne pas tenir compte du degré d'écrasement – peut conduire à une sélection incorrecte des paramètres.
• Considérer la température de recristallisation comme une valeur constante – ignore l’influence du temps, de la composition et de l’état du matériau.
• Confondre la recristallisation avec la relaxation des contraintes – les deux procédés ont des objectifs différents et des effets différents sur la microstructure.

Avantages du recuit de recristallisation

• suppression d'une part importante des effets de l'écrouissage,
• restaurer la plasticité du matériau,
• réduction de la dureté après écrouissage,
• permettant un laminage, un étirage ou un formage ultérieur,
• formation de nouveaux grains à faible densité de dislocations,
• peut être utilisé comme étape intermédiaire dans des processus technologiques à plusieurs étapes.

Limites du recuit de recristallisation

• Le procédé nécessite une déformation préalable du matériau, qui fournit l'énergie motrice de la recristallisation.
• La température dépend du matériau et du degré de broyage préalable.
• Une température ou une durée excessive peuvent provoquer la croissance des grains.
• Un degré de déformation trop faible peut rendre difficile l'obtention de la recristallisation souhaitée.
• Le procédé élimine le durcissement par déformation bénéfique s'il s'agissait du résultat final souhaité.

Application du recuit de recristallisation

Ce procédé est principalement utilisé dans la production de produits formés à froid. Il peut être utilisé comme étape intermédiaire ou finale de traitement.

Les applications typiques comprennent :

• feuilles laminées à froid,
• rubans d'acier,
• fils étirés,
• barres étirées à froid,
• tuyaux étirés à froid et réduits,
• profilés formés à froid,
• éléments destinés au dessin en profondeur,
• produits semi-finis nécessitant plusieurs étapes successives de déformation plastique.

Recuit de recristallisation – les informations les plus importantes

Le recuit de recristallisation est un procédé principalement destiné aux matériaux ayant subi un écrouissage. Lors du chauffage, les processus de restauration et de recristallisation se produisent alternativement, et une croissance des grains peut se produire avec la poursuite du chauffage.
L'étape la plus importante est la formation de nouveaux grains présentant une densité de dislocations nettement inférieure, qui remplacent la structure fortement déformée formée lors de l'écrouissage. Ceci entraîne une réduction de la dureté et de la résistance due à l'écrouissage, et permet le rétablissement de la ductilité.
Ce procédé est particulièrement important pour la production de tôles, bandes, fils, barres, tubes et profilés écrouis à froid. Il peut être mis en œuvre entre deux étapes de déformation successives ou comme traitement final. La température et la durée du recuit doivent être choisies en fonction du type de matériau, de sa composition chimique, du degré de durcissement préalable et de la taille de grain souhaitée.

Méthodes de traitement thermique et thermochimique de l'acier

Le recuit de recristallisation n'est qu'un des nombreux procédés utilisés pour modifier la microstructure et les propriétés de l'acier. Selon l'effet recherché, on recourt également à la normalisation, à la relaxation des contraintes, à la trempe, au revenu et à des procédés thermochimiques tels que la cémentation et la nitruration.

méthodes de traitement thermique de l'acier

• Acier normalisé – affinement du grain et unification de la microstructure.
• Wyżarzanie odprężające – réduction des contraintes résiduelles.
• Adoucissement de l'acier – réduire la dureté et améliorer la susceptibilité aux traitements ultérieurs.
• recuit complet – austénitisation et refroidissement lent.
• recuit isotherme – transformation réalisée en maintenant une température correctement sélectionnée.
• Recuit à billes – sphéroïdisation – modification de la morphologie de la cémentite ou d’autres carbures.
• recuit de recristallisation – suppression des effets de l’écrasement et restauration de la plasticité.
• recuit d'homogénéisation – réduire la ségrégation et homogénéiser la composition du matériau.
• Trempe et traitement thermique – façonner la microstructure et les propriétés par durcissement et revenu.
• Acier trempé – modification contrôlée des propriétés de l'acier après trempe.
• durcissement par induction – Chauffage par induction de surface et refroidissement rapide.
• durcissement à la flamme – durcissement superficiel après chauffage local à la flamme.
• Sursaturation – obtention d’une solution solide sursaturée par un cycle thermique approprié.
• Vieillissement – séparation de phases contrôlée conduisant au renforcement du matériau.

Méthodes de traitement thermochimique de l'acier

• Nitruration de l'acier – enrichissement par diffusion de la couche superficielle en azote.
• Acier cémenté – enrichissement de la surface en carbone par diffusion.
• Carbonitruration – enrichissement simultané de la couche superficielle en carbone et en azote.
• Nitrocarburation / nitrocarburation – enrichissement de la couche principalement en azote et en carbone.
• Forage – saturation de la surface par diffusion du bore.
• Chromage par diffusion – enrichissement de la couche en chrome par diffusion.
• aluminisation par diffusion – enrichissement de la couche en aluminium par diffusion.