Revenu de la martensite

On distingue trois étapes successives. Toutefois, les limites ne sont pas franches entre les domaines, et elles varient selon les nuances.

1er Stade (Entre 20°C et 200°C)

Le carbone interstitiel tend à quitter les sites qu’il occupait dans la maille quadratique de la martensite.
La diffusion très partielle du carbone se fait dans les lacunes, les dislocations et les joints de grain.

Animation

Le carbone sort de la martensite qui va donc perdre une grande partie de son caractère quadratique. Le carbone arrête de sortir lorsque la martensite atteint un pourcentage de 0.25% de carbone.

Conséquences
Le pourcentage de Carbone dans la martensite chute un peu.
Si la température de revenu est supérieure à 130°C, le rapport c/a diminue : il y a une légère contraction de la pièce.

Concrètement :
– L’effet essentiel est une relaxation d’où le nom « revenu de détente »
– La dureté diminue un peu
– La limite élastique est améliorée ou maintenue
– Le métal est moins fragile

Lorsque l’on observe une micrographie d’un acier après un revenu à une température inférieure à 200°C il n’y a pas de différence visible avec la micrographie d’un brut de trempe. On pourra simplement constater que l’attaque se fait plus rapidement lorsque l’échantillon a subi un revenu.

La micrographie suivante a été obtenue sur un acier avec un pourcentage moyen en carbone de 0.4% il s’agit d’un C40E (XC38)

2ème Stade (Entre 200°C et 400°C)

Le rejet de carbone de la martensite continue.

Ce stade de revenu étant fragilisant il n’est pas utilisé industriellement. La micrographie d’un acier à ce stade du revenu serait analogue à celle obtenue au stade 1.

Concrètement :
– La dureté diminue
– La limite élastique diminue
– La résistance aux chocs diminue

3ème Stade (Au-dessus de 400°C)

Animation

Le carbone sort de la martensite qui va revenir a une forme cubique. Le carbone rejeté ainsi que les carbures ε vont former de la cémentite.

Cette cémentite est sous forme de plaquettes d’autant plus grosses que la température de revenu est élevée.

Pour une température de revenu supérieure à 400°C, on a : c = a

Tous les atomes de carbone ont quitté leurs sites interstitiels. Ainsi, la maille quadratique de la martensite redevient cubique centrée: c’est de la ferrite.

Le carbone est maintenant en totalité dans la cémentite. Avec l’augmentation de la température de revenu les plaquettes vont coalescer et commencer à se sphéroïdiser.

Évolution morphologique de la cémentite au cours du troisième stade

Conséquences :
– La dureté diminue
– La limite élastique diminue
– L’allongement augmente fortement
– La résistance aux chocs augmente

Revenu de la bainite

La bainite est un constituant à base de cémentite précipitée dans la matrice ferritique. Il faut donc considérer que les deux premiers stades ont été réalisés pendant le refroidissement de trempe.

En conséquence, la bainite évolue comme la martensite mais ne commencera à évoluer que pour une température de revenu supérieure à la température à laquelle elle s’est formée.

Les évolutions sont donc :
– Transformation des carbures en cémentite
– Sphéroïdisation et coalescence

Les éléments d’addition présents dans les aciers alliés apportent des effets particuliers. Cependant, l’évolution au cours des 3 premiers stades est pratiquement identique à celle des aciers ordinaires.

Il est possible de séparer les éléments couramment utilisés comme éléments d’alliage dans les aciers en deux catégories suivant leur affinité pour l’élément carbone. Les éléments qui ont une très forte affinité pour le carbone, c’est-à-dire dont le plus « cher désir » est de se combiner avec lui pour faire un carbure, seront les éléments dit carburigènes. Par opposition, ceux qui n’ont pas tendance à former des carbures sont dit non carburigènes.

Les éléments d’alliages sont séparés en ces deux catégories car le fait d’être ou non carburigène provoque des effets bien différents sur le comportement de l’acier lors du revenu.

Eléments non carburigènes : Ni, Si, Co…

Ces éléments d’addition freinent la diffusion du carbone, ce qui provoque:

Globalement, à teneur identique en carbone et pour une même température, la dureté sera un peu plus élevée que celle d’un acier sans élément d’alliage.

Eléments carburigènes : Cr, Mo, W, V…

En plus des effets évoqués précédemment, les éléments carburigènes, qui ont une forte affinité avec le carbone, se substituent aux atomes de fer dans la cémentite en formant une cémentite alliée.

Ces échanges se produisent entre 400 et 600 °C, ils entraînent un durcissement de l’acier pour une température de revenu autour de 500°C. Ce durcissement à chaud est particulièrement apprécié pour les applications nécessitant une dureté importante à haute température (aciers d’outillage), c’est le stade 4 du revenu.

Le quatrième stade du revenu

Aux températures supérieures à 450°C, les aciers alliés contenant des éléments carburigènes, vont subir des évolutions dont la plus sensible est le durcissement secondaire. A ces températures, la diffusion des éléments carburigènes est possible. Ils vont alors pouvoir prendre le carbone de la cémentite pour former d’autres carbures tels que: TiC, W2C, Mo2C…

Ces carbures sont très fins (invisibles au microscope optique) ils sont cohérents et très durs ce qui va entrainer un durcissement important de l’acier.

Le durcissement est obtenu car les précipités cohérents déforment la maille cristalline dans laquelle ils sont insérés et vont bloquer les dislocations dans le champ de contrainte créé.

La diffusion des éléments d’alliage est très lente et donc ces précipités ne vont pas grossir avant d’atteindre des températures de l’ordre de 550°. Au delà de cette température les précipités vont coalescer et perdre leur cohérence. Il en résulte un adoucissement et une augmentation de la résilience de l’acier.

Le cobalt ne forme pas de carbure mais il agit sur le quatrième stade du revenu en permettant la précipitation de carbures plus fins et en retardant la coalescence des précipités.