Le traitement de surface joue un rôle crucial dans l'amélioration des propriétés fonctionnelles de la surface d'un composant. Chaque traitement de surface agissant selon des mécanismes spécifiques, offrant des fonctions distinctes et présentant des caractéristiques variées, son calendrier d'application diffère également. Par conséquent, le choix judicieux du traitement de surface approprié et la planification rationnelle de son application sont des étapes essentielles pour exploiter pleinement son potentiel et ses avantages.
Comment choisir un traitement de surface ?
Le choix d'un traitement de surface Le traitement d'une pièce vise fondamentalement à atteindre une fonction ou une performance spécifique. Pour garantir les meilleurs résultats, les ingénieurs doivent suivre ces principes fondamentaux lors du choix d'un type de traitement.
Adaptabilité
La première étape consiste à déterminer si le traitement de surface choisi est le plus adapté aux conditions de fonctionnement et aux exigences fonctionnelles de la pièce. Un examen approfondi de l'environnement de travail du composant est essentiel.
Conditions de charge
L'importance de la charge influe sur le risque de dommages, ce qui détermine l'épaisseur nécessaire de la couche de renforcement.
Pour les charges élevées entraînant une usure superficielle importante, il convient de privilégier les méthodes permettant d'obtenir une couche épaisse et renforcée, telles que la projection thermique. La nature de la force (impact, frottement, etc.) détermine le mode de rupture et influe sur le type de renforcement nécessaire.
En cas de charges alternées répétées susceptibles d'entraîner des dommages par fatigue, privilégier les méthodes de renforcement produisant une microstructure fine et des contraintes de traction minimales, telles que la projection thermique. Éviter les procédés de placage épais, comme le chromage dur, dans ces cas.
La vitesse relative influe souvent sur le type d'usure. Si l'usure est abrasive et due à des particules dures, envisagez des méthodes comme la projection thermique ou le chromage dur. Si l'usure est purement par frottement, des procédés comme le zingage, le cuivrage ou… nickelage peut être approprié.
Conditions environnementales
L'environnement qui nous entoure influe sur la dégradation des matériaux.
Si le milieu contient des particules dures, il provoquera une usure abrasive importante. Privilégiez les traitements qui offrent une couche épaisse et très dure, comme le chromage dur. Dans les environnements fortement corrosifs susceptibles d'entraîner une corrosion-érosion ou une fatigue-corrosion, choisissez des matériaux à haute résistance. En milieu marin ou chloré, utilisez la projection thermique d'acier inoxydable austénitique ou duplex, ou le cuivrage. En milieu acide/alcalin, utilisez de l'acier inoxydable austénitique ou des alliages de nickel. Pour le SO₂2 contenant des médias, considérez matériaux en aluminiumPour une protection générale contre la corrosion, le zingage ou oxyde noir peut suffire.
Conditions de température
Les températures extrêmes ne peuvent être négligées, car elles peuvent engendrer des défaillances telles que l'oxydation ou la fatigue thermique. Les conditions provoquant une oxydation superficielle, une fatigue thermique ou une stabilité thermique réduite requièrent des matériaux comme l'acier inoxydable martensitique ou les alliages à base de cobalt. Les conditions réduisant la ductilité et la ténacité du matériau, et entraînant une fragilisation, requièrent des matériaux comme les alliages austénitiques ou les alliages à base de nickel.
Faisabilité
Ce principe évalue si le traitement de surface choisi peut être mis en œuvre efficacement et de manière pratique sur le composant spécifique.
Le matériau de base du composant et son historique de traitement ne doivent pas être incompatibles avec le traitement choisi. Par exemple, les procédés à haute température comme la projection thermique, qui entraîne la fusion de la surface, ne conviennent pas aux matériaux à bas point de fusion.
Si un traitement nécessite une relaxation des contraintes à haute température, mais que cette température approche ou dépasse la température de revenu du matériau de base, il réduira la dureté et la résistance de la pièce. Dans ce cas, choisissez un traitement qui génère peu ou pas de contraintes résiduelles et qui ne nécessite pas de finition à haute température.
Les matériaux très sensibles à la fragilisation par l'hydrogène (ceux qui présentent une dureté ou une résistance élevée) ne doivent pas subir de procédés impliquant un dégagement d'hydrogène, tels que le décapage ou certaines méthodes de placage, car cela peut provoquer des fissures.
Les pièces complexes comportant des rainures profondes, des fentes, des trous ou des arêtes vives ne sont pas idéales pour galvanoplastieLe traitement électrolytique peut engendrer des irrégularités d'épaisseur et des bavures, risquant de provoquer le décollement du revêtement. Les pièces à parois fines ou facilement déformables ne supportent pas les fortes contraintes résiduelles et la chaleur de certains traitements. Des traitements à basse température et à faibles contraintes résiduelles sont donc nécessaires.
Adapter
L’objectif est d’adapter la durée de vie de la surface traitée à la durée de vie prévue de la machine ou de l’ensemble. Le traitement doit être durable, mais sans surdimensionnement.
Si la durée de vie d'une machine est de 10 ans, la durée de vie du traitement de surface devrait idéalement être de 10 ans, ou du moins minimiser le nombre de remplacements de composants pendant cette période. Traiter une pièce pendant 15 ans dans un système prévu pour 10 ans est considéré comme un surdimensionnement et un gaspillage de ressources.
Ce concept permet de quantifier l'efficacité d'un traitement.
ε = WH / WT
WH L'usure d'un composant sans traitement de surface.T L'usure de la pièce ayant subi un traitement de surface est mesurée. Une valeur e plus élevée indique un meilleur effet du traitement de surface.
Une valeur ε plus élevée indique un meilleur effet du traitement de surface. Par exemple, si une pièce non traitée nécessite cinq remplacements sur 50 ans, le traitement idéal devrait viser une valeur ε égale ou supérieure à 5.
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Économique
Le dernier point à prendre en compte est l'obtention de la fonction requise au moindre coût. Une méthode simple pour évaluer la viabilité économique consiste à :
Cq ≤ Cw · （Sq / Sw)
Cq est le coût du composant fini en surface. Cw représente le coût du composant non traité.q est la durée de vie du composant traité. Sw est la durée de vie du composant non traité.
Mise en œuvre du traitement de surface
Une fois que l'ingénieur concepteur a déterminé la méthode appropriée, l'ingénieur de fabrication doit mettre en œuvre correctement le processus afin d'en maximiser le fonctionnement.
Le traitement de surface doit être correctement programmé au sein des étapes globales de fabrication.
Les traitements épais comme la projection thermique provoquent souvent des déformations importantes et nécessitent un traitement de relaxation des contraintes et un usinage conséquent après traitement. Ils doivent être effectués après l'ébauche.
Les traitements nécessitant un meulage de surface, tels que le durcissement placage de chrome, devrait être programmée après la semi-finition.
Les procédés qui nécessitent un usinage ultérieur minimal ou nul, comme le plaquage chimique, la galvanisation ou les traitements par faisceau d'énergie à haute énergie, doivent être programmés après la finition finale.
Tous les traitements de surface doivent être effectués après le traitement thermique final de la masse du composant. Réaliser ce dernier après le traitement thermique final compromettrait l'efficacité du traitement de surface.
Un prétraitement adéquat de la surface est essentiel pour une forte adhérence entre la couche de traitement et le substrat. La plupart des traitements nécessitent un lissage de la surface, mais certains, comme la projection thermique, requièrent spécifiquement un traitement de surface rugueux pour améliorer l'adhérence.
Certains matériaux ou traitements nécessitent une relaxation des contraintes avant le traitement de surface, tandis que d'autres n'en ont pas besoin.
Un surfaçage correct est essentiel, notamment pour les traitements de haute précision ou d'épaisseur importante. Ce surfaçage doit tenir compte de l'épaisseur requise de la couche de renfort et des opérations d'usinage/rectification ultérieures. Pour les composants tels que les écrous et les boulons, un surfaçage incorrect sur les zones filetées peut empêcher le produit final de répondre aux exigences dimensionnelles et de tolérance.
Des étapes de post-finition telles que la relaxation des contraintes ou la déshydrogénation sont souvent nécessaires après certains procédés et doivent être strictement planifiées et réalisées par l'équipe de production.
