Traitement thermique des pièces moulées en acier inoxydable CF8M : pourquoi le traitement de mise en solution est préféré au revenu

Le revenu est l'un des traitements thermiques les plus courants en fonderie, notamment pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés trempés. Son objectif principal est de réduire les contraintes internes, la fragilité et d'améliorer la ténacité après la formation de martensite dure lors de la trempe. Cependant, le revenu n'est pas systématiquement nécessaire pour tous les matériaux de fonderie. Certains alliages, en particulier les aciers inoxydables austénitiques tels que l'ASTM CF8M ou son équivalent corroyé, l'AISI 316, ne bénéficient pas d'un traitement de trempe et de revenu classique en raison de leurs caractéristiques métallurgiques spécifiques.

La nécessité d'un revenu dépend largement de la microstructure obtenue lors de la trempe. Dans les aciers au carbone, le refroidissement rapide transforme l'austénite en martensite, une phase très dure mais fragile présentant des contraintes résiduelles élevées. Le revenu modifie cette structure martensitique par précipitation de carbures fins, ce qui réduit la dureté et améliore significativement la ductilité et la résistance aux chocs. Sans revenu, les pièces moulées en acier au carbone trempé sont sujettes à la fissuration, à la rupture prématurée et présentent une faible durée de vie.

À l'inverse, l'acier inoxydable 316 possède une microstructure entièrement austénitique grâce à sa teneur élevée en nickel, généralement comprise entre 10 et 14 %, ainsi qu'à environ 16 à 18 % de chrome et 2 à 3 % de molybdène. Ces éléments d'alliage stabilisent la phase austénitique même après un refroidissement rapide suite à une mise en solution. De ce fait, la trempe ne produit pas de martensite dans des conditions normales. En l'absence de structure martensitique fragile à modifier, le revenu, procédé conventionnel, n'a plus lieu d'être.

Pour les pièces moulées en acier inoxydable 316, le traitement thermique courant consiste en une mise en solution suivie d'une trempe rapide à l'eau. Lors de la mise en solution, la pièce est chauffée à environ 1 040–1 100 °C, ce qui permet aux carbures de chrome de se dissoudre dans la matrice austénitique. La trempe immédiate à l'eau empêche la reprécipitation de ces carbures aux joints de grains lors du refroidissement. Ce traitement restaure la résistance à la corrosion, homogénéise la microstructure et améliore la ténacité sans nécessiter de revenu ultérieur.

En réalité, un revenu ou un chauffage prolongé dans la plage de températures d'environ 450 à 850 °C peut être préjudiciable à l'acier inoxydable 316. L'exposition à ces températures favorise la précipitation de carbure de chrome aux joints de grains, entraînant une sensibilisation. Un acier inoxydable sensibilisé devient vulnérable à la corrosion intergranulaire, notamment dans les environnements chimiques agressifs ou marins. Par conséquent, un revenu inutile peut en fait réduire la résistance à la corrosion qui rend l'acier inoxydable 316 si prisé pour les vannes, les pompes, les équipements de traitement chimique et les applications offshore.

Outre l'acier inoxydable 316, d'autres matériaux de fonderie spéciaux, tels que les alliages austénitiques à haute teneur en nickel et certains aciers inoxydables duplex, font également l'objet de cycles de traitement thermique spécifiques, en lieu et place de la trempe et du revenu conventionnels. Leurs propriétés mécaniques dépendent du maintien d'un équilibre de phases adéquat, plutôt que de la modification des structures martensitiques. Par conséquent, les traitements de mise en solution, de relaxation des contraintes ou de vieillissement sont sélectionnés en fonction des exigences métallurgiques de chaque alliage.

Le revenu est un procédé essentiel pour de nombreuses pièces moulées en acier au carbone et en acier allié trempé, mais il est inutile pour l'acier inoxydable austénitique 316. La trempe à l'eau préservant sa structure austénitique stable sans formation de martensite fragile, aucun revenu n'est requis. En revanche, une mise en solution suivie d'une trempe rapide offre la combinaison optimale de résistance à la corrosion, de résistance mécanique, de ténacité et de fiabilité en service. La compréhension de la relation entre la composition de l'alliage, la microstructure et le traitement thermique permet aux fonderies d'appliquer le procédé thermique approprié tout en évitant les opérations inutiles qui augmentent les coûts et peuvent même nuire aux performances du matériau.