Cémentation par le carbone et carbonitruration - Procédés

1 - Définitions et principes

• 1.1 - Cémentation
  Figure 1 - Évolution de la dureté en fonction de la teneur en carbone pour divers taux de martensite Figure 2 - Influence de la température sur le coefficient de diffusion Figure 3 - Influence de la teneur en carbone sur le coefficient de diffusion D Tableau 1
• 1.2 - Carbonitruration

2 - Traitement en milieu solide : cémentation solide ou en caisse

3 - Traitement en milieu liquide : cémentation et cyanuration (carbonitruration) en bain de sels

• 3.1 - Bains de sels cyanurés
  Figure 5 - Teneur moyenne en carbone de chaque dixième de millimètre de la couche cyanurée suivant la teneur en NaCNO pour l’acier XC 18 Figure 6 - Teneur moyenne en carbone et en azote de chaque dixième de millimètre de la couche avant et après passage au bain de cyanure
• 3.2 - Bains de sels non cyanurés

4 - Traitement en milieu gazeux

• 4.1 - Cémentation et carbonitruration gazeuses (à la pression atmosphérique)
  Figure 7 - Générateur endothermique (Crédit CIEFFE) Figure 8 - Schéma de principe d’une canne d’azote et de méthanol Figure 9 - Dilution de l’atmosphère azote-méthanol en fonction du pourcentage d’azote : effet sur la teneur en CO Figure 10 - Augmentation de la cinétique de transfert du carbone en fonction des teneurs en CO et H2 Figure 11 - Influence du taux de méthanol sur la pénétration du carbone Figure 12 - Influence de la température sur l’enrichissement superficiel en azote et sur la profondeur de la couche de diffusion (Crédit ATTT) Figure 13 - Influence de la température et de la teneur en ammoniac sur l’enrichissement superficiel en azote (Crédit ATTT) Figure 14 - Profils carbone et azote souhaités dans une norme interne d’entreprise Figure 15 - Ringard d’introduction du clinquant (Crédit ATTT) Figure 16 - Schéma de principe de l’analyseur à infrarouges Figure 17 - Centrale de prélèvement pour échantillon gazeux destiné à un analyseur par infrarouges (Crédit ATTT) Figure 18 - Influence de la teneur en ammoniac dans l’atmosphère de carbonitruration sur le contrôle du potentiel carbone par CO2 Figure 19 - Schéma de principe d’une sonde à oxygène Figure 20 - Vues de sonde à oxygène (Crédit ECONOX) Figure 21 - Élément sensible en zircone en forme de (sphère) il peut être en forme de tube ou de rondelle (Crédit ECONOX) Figure 22 - Schéma d’appareil de mesure de température de rosée par variation d’impédance à la suite d’une condensation Figure 23 - Évolution de la température de rosée en fonction du potentiel carbone et du taux d’ammoniac dans une atmosphère de carbonitruration Figure 24 - Schéma de principe de l’appareil à fil de résistivité variable Figure 25 - Relation entre le changement de résistance du filament et le potentiel carbone à 930 °C Figure 26 - Schéma de principe de régulation automatique d’atmosphère Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5
• 4.2 - Cémentation basse pression
  Figure 27 - Influence des gaz de cémentation sur le transfert de carbone Figure 28 - Efficacité de la cémentation de fins orifices (Crédit Bodycote) Figure 29 - Influence des gaz de cémentation sur la pénétration dans un orifice étroit (Crédit Bodycote) Figure 30 - Exemple de cycle de cémentation basse pression
• 4.3 - Carbonitruration sous basse pression
  Tableau 6
• 4.4 - Cémentation assistée par plasma
  Figure 31 - Schéma de principe d’une installation de cémentation ionique Figure 32 - Densité de puissance minimale en fonction de la température de cémentation Figure 33 - Conditions opératoires permettant d’éviter le phénomène de cathode creuse
• 4.5 - Contrôle et régulation des milieux de carburation directe
• 4.6 - Surcarburation

5 - Traitements thermiques après cémentation ou carbonitruration

• 5.1 - Durcissement par trempe
  Figure 34 - Cycles de durcissement par trempe effectués après cémentation et carbonitruration Figure 35 - Influence du gradient carbone sur la chronologie des transformations Figure 36 - Cycle thermique permettant d’obtenir un cœur bainitique avec une couche cémentée trempée martensitique Figure 37 - Déformations au traitement thermique d’aciers cémentés trempés en fonction de la température du fluide de trempe
• 5.2 - Revenu de détente
• 5.3 - Traitement par le froid ou traitement sub-zéro
  Figure 38 - Influence du traitement par le froid avant revenu sur le profil des contraintes résiduelles de couches cémentées d’épaisseur 0,8 mm et de teneur superficielle en carbone de 0,95 %

6 - Préparations avant traitement

• 6.1 - Nettoyage avant traitement
• 6.2 - Protection ou réserve
• 6.3 - Activation par oxydation préalable
• 6.4 - Activation par injection d’ammoniac en début de cycle de cémentation gazeuse
  Figure 39 - Cycle type de cémentation activée Figure 40 - Profils carbone comparés entre la cémentation activée et traditionnelle Figure 41 - Profils de micro-duretés sur pignons en 20MnCr5, traitement de 330 min à 960 °C
• 6.5 - Cas particulier des aciers inoxydables austénitiques

7 - Post-traitements

8 - Aspects métallographiques des couches obtenues

• 8.1 - Cas de la cémentation
  Figure 42 - Austénite résiduelle dans une couche cémentée et durcie par trempe Figure 43 - Oxydation interne (liséré noir en surface) sur fond de martensite et d’austénite résiduelle Figure 44 - Carbures en nodules (blancs) en surface sur fond martensitique Figure 45 - Carbures en réseaux (blancs) aux joints des grains Tableau 7
• 8.2 - Cas de la carbonitruration
  Figure 46 - Couche carbonitrurée : structure martensitique et austénite résiduelle Figure 47 - Transformations bainitiques (en noir) dans une couche carbonitrurée Figure 48 - Pores formés au cours du traitement de carbonitruration Tableau 8