sphéroïdiser

La sphéroïdisation est un traitement thermique qui transforme les structures de carbure dures et cassantes dans l'acier au carbone en petites particules arrondies dispersées dans toute la microstructure. Cela modifie considérablement les propriétés mécaniques : l'acier devient plus doux, plus ductile et plus facile à usiner ou à travailler avec des outils à main, tout en conservant une résistance raisonnable. Le résultat est appelé sphéroïdite, et c'est la microstructure la plus douce et la plus usinable qu'un acier à moyenne ou haute teneur en carbone puisse avoir.

Le processus commence avec de l'acier qui contient généralement de la perlite ou de la cémentite, des formes avec des carbures durs, en forme d'aiguilles ou de plaques, disposés en couches ou en réseaux. La sphéroïdisation chauffe l'acier à une température juste en dessous du point critique inférieur (généralement entre 650 et 700 degrés Celsius pour la plupart des aciers au carbone) et le maintient à cette température pendant une période prolongée, souvent 10 à 20 heures ou plus. Le chauffage prolongé permet aux atomes de carbone de diffuser, et les carbures lamellaires se fragmentent et s'arrondissent progressivement en sphères isolées.

Les différentes vitesses de refroidissement importent moins pour la sphéroïdisation que pour les autres traitements thermiques. Que l'acier soit refroidi lentement dans le four ou à l'air libre, les particules sphéroïdes restent stables. Ce qui compte, c'est le temps de maintien à température : un chauffage plus long produit des sphéroïdes plus petits et plus uniformes, ce qui améliore encore l'usinabilité. Certains ateliers utilisent une méthode cyclique, alternant chauffage et refroidissement autour de la température critique, pour accélérer le processus.

Quand et pourquoi est-elle utilisée

La sphéroïdisation est la plus courante dans les aciers à outils et les aciers à moyenne ou haute teneur en carbone qui subiront un formage à froid, un usinage ou un laminage à froid substantiels après traitement thermique. Une barre d'acier perlitique dur est difficile et coûteuse à usiner ; l'acier sphéroïdisé s'usine proprement avec moins d'usure d'outil et une meilleure finition de surface. Elle est également utilisée avant les opérations de forgeage ou d'étirage à froid, car la ductilité acquise réduit le risque de fissuration. Inversement, la sphéroïdisation n'est pas utilisée pour les pièces qui nécessitent une dureté élevée en service final ; la douceur est un avantage temporaire pendant la fabrication, pas un état final souhaitable.

Le nom vient directement de la forme : sphéroïde, signifiant presque sphérique. Les particules de carbure, vues au microscope, apparaissent comme de minuscules globules plutôt que les longues plaques de perlite ou les réseaux continus de cémentite primaire. Les métallurgistes appellent parfois la structure « globulaire » ou se réfèrent aux sphères comme des « particules de cémentite », mais sphéroïdite et sphéroïdisation sont les termes standard dans les industries sidérurgiques et d'outillage du monde entier.