Matériaux & Procédés
Les méthodes de prétraitement thermochimique et de dépôt par phase vapeur ont fait une forte percée dans la technologie de production moderne. Alors que les méthodes de prétraitement thermochimique étaient conçues pour la production à grande échelle, c’est-à-dire l’industrie automobile, le PVD a été confiné pendant plusieurs décennies dans les applications de pointe comme l’industrie des semi-conducteurs et les revêtements optiques. Grâce au développement rapide de la technologie du vide et à une meilleure compréhension de la technologie des procédés assistés plasma, le PVD a trouvé de nouvelles applications dans l’ingénierie mécanique, particulièrement depuis l’apparition de revêtements durs à faible friction.
L'usinage de pièces cémentées puis trempées est un processus d'autant plus long et coûteux que les déformations des pièces à la trempe sont importantes. Il présente également un risque de rebut si les déformations sont excessives relativement à l'épaisseur de la couche cémentée. L'utilisation de procédés de trempe au gaz dont l'efficacité pour réduire les déformations de trempe est maintenant prouvée, se développe car ils permettent de réduire les coûts et d'améliorer la productivité de l'usinage après traitement. Cependant l'utilisation de ces nouveaux modes de trempe doit se faire tout en conservant des caractéristiques mécaniques optimales des aciers utilisés. Dans ce but, un choix particulier de nuances adaptées à ces procédés est indispensable. Cet article présente diverses solutions métallurgiques à ce problème, associées à des caractéristiques d'emploi. Par ailleurs, certains aspects des gammes de traitement (trempe directe, etc.) associées à des propriétés spécifiques de certaines nuances et contribuant à la réduction des déformations sont également abordés.
La trempe gazeuse permet d’optimiser les cycles de refroidissement des pièces traitées et offre une meilleure reproductibilité des traitements thermiques par rapport à des trempes en fluides vaporisables. Par contre, le refroidissement, que ce soit en termes de vitesse ou d’homogénéité, doit être amélioré ; des calculs numériques le permettent. Des campagnes expérimentales ont été menées et les résultats confrontés à ceux de simulations numériques. Tour d’horizon de la démarche expérimentale et exemples d’application de calculs numériques.
Parmi les plus anciennes commissions en action au sein de l’A3TS, la Commission Fluides de trempe est un outil précieux pour les professionnels qui leur permet d’être informé des dernières évolutions techniques et réglementaires. Différents travaux sont en cours et devraient aboutir prochainement. Par ailleurs, la commission compte s’ouvrir aux fournisseurs de gaz pour la trempe gaz et ainsi la commission fluides de trempe couvrira tous les domaines : huiles, polymères, sels et gaz.
L’économie de l’ingénierie des matériaux revêt quatre dimensions fondamentales : coïncider avec la perspective des clients, construire une solution matériau qui apporte un "plus" de valeur, s’intéresser à la ”variabilité” engendrée dans cette construction car cette variabilité est destructrice de valeur, et enfin, développer la technologie en priorité là où la valeur apportée et le prix acceptable (par le client) permettent de retirer un bénéfice équitable (pour le client et pour nous). Un cas illustre parfaitement l’impact d’une ingénierie matériau fortement créatrice de valeur : celui des producteurs de métaux durs et d’aciers rapides sur le marché des outils de coupe. Ce cas démontre parfaitement comment sur la durée l’approche création de Valeur permet – à la différence de la logique encore trop fréquente "fourniture / tonnage / prix" – de parvenir à une croissance rentable et durable. Dans nos métiers, la stagnation des marchés en Europe et l’intensification de la concurrence créent un véritable défi. Mieux organiser l’ingénierie matériau pour la rendre continûment créatrice de valeur est une des réponses à ce défi. D’une part, pour apporter à nos clients les solutions et les "plus" qu’ils ressentent. D’autre part, pour chercher à éliminer, chez eux comme chez nous, la "variabilité" source de gaspillages, de surcoûts et d’un manque de compétitivité. Quelques exemples illustreront comment ce type d’approche a été mis en pratique dans nos métiers.
Les fours sous vide de trempe gaz sont reconnus pour la qualité, la fiabilité et la reproductibilité du traitement qu'ils procurent. Plus précisément, ils peuvent s'adapter aux besoins spécifiques de chaque type d'application en utilisant différents modes de refroidissement. Les méthodes actuelles d'usinage de l'acier permettent la réalisation de pièces de grandes dimensions, très ouvragées, présentant de fortes hétérogénéités de section et des tolérances d'exécutions très serrées. Les caractéristiques mécaniques sont également définies en fonction du type d'effort qu'elles vont très précisément supporter en exploitation. Il est donc nécessaire d'adapter le traitement thermique de chaque pièce en fonction du matériau, de la géométrie et des caractéristiques à obtenir. Le traitement sous vide assure la flexibilité d'adaptation du cycle de traitement, en contrôlant avec précision les nombreux paramètres entrant en jeu lors du refroidissement.
Les alliages de cuivre au béryllium se caractérisent par des propriétés mécaniques et physiques très intéressantes qui leur permet d’accéder à une large gamme d’applications. Cependant, cet alliage a un inconvénient majeur ; celui d’être nocif à la santé lorsqu’il est inhalé sous forme d’oxyde. Même si des précautions sont prises, un risque demeure. De plus, élément rare à l’état naturel et difficile à extraire, le béryllium est un minerai au coût non négligeable. Pour ces raisons, des recherches d’alliages de substitution aux propriétés physico-mécaniques similaires ont été menées et ont aboutit à la distinction de deux familles : l’alliage de cuivre au titane et celui de cuivre nickel étain. Les recherches relatives à cette dernière famille sont présentées dans cet article.
Les normes environnementales et de protection des ouvriers ne cessent de se durcir. Le traitement des déchets étant relativement onéreux, cela génère des surcoûts grandissants pour les entreprises et se traduit donc par un besoin croissant de substitution des traitements chimiques par une technologie propre. Une solution de remplacement aux techniques actuelles de plus en plus contraignantes au niveau de l’hygiène et sécurité doit donc être trouvée. Une des alternatives respectueuses de l’environnement développées est le plasma froid.
La prise en compte des risques toxicologiques et écotoxicologiques générés par l’utilisation de solvants organiques chlorés oblige le secteur de l’aéronautique et du spatial, à répondre aux exigences communautaires imposées. Aussi face à des mesures environnementales de plus en plus draconiennes, le Groupe Snecma s’est attaché, depuis une dizaine d’années à mener une politique d’actions de progrès visant à anticiper l’évolution rapide des législations Européennes et internationales[1]. Les produits lessiviels en machine d’aspersion automatique est l’une des solutions alternatives au trichloréthylène solvant organique.
Les industriels souhaitent connaître la réglementation et les principaux enjeux des technologies envisageables, en termes de performances, d’impact sur l’environnement, de conditions de travail, ainsi que les principaux documents de référence sur le sujet traité. Le Cetim a regroupé, sous forme de fiches de synthèse, les informations relatives à la sécurité et à l’environnement pour des technologies comme le dégraissage aux solvants, et les traitements et revêtements de surface par voie humide. Ces fiches sont réunies dans un ouvrage intitulé Informations réglementaires et pratiques relatives à des technologies mises en œuvre en traitements de surface, édité dans la collection Performances et coécrit par Jérôme Ribeyron et Monique Lorthois. Nous vous en présentons un extrait dédié aux traitements et revêtements par voie humide.