Présentation
RÉSUMÉ
En s’appuyant sur plusieurs études scientifiques, cet article a pour objectif de décrire les intérêts d’un point de vue métallurgique et mécanique des traitements de carbonitrurations profondes surenrichies à l’azote par rapport aux cémentations ou carbonitrurations classiques associées à des teneurs en ammoniac introduites dans les fours inférieures à 3%. Il sera également détaillé la manière dont ces atmosphères peuvent être contrôlées afin de maîtriser l’enrichissement en azote et en carbone.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Alexandre FLEURENTIN : Expert judiciaire près de la cour d’appel de Paris - METALLO CORNER, Paris, France
INTRODUCTION
Les pièces mécaniques en acier traitées par cémentation ou carbonitruration suivies d’une trempe et d’un revenu sont utilisées sur des systèmes mécaniques sollicités en fatigue et/ou fatigue de contact. Depuis la fin du XXe siècle, on assiste à une décroissance du rapport poids/puissance des véhicules pour être en conformité avec les accords de Kyoto au niveau des rejets de CO2. La réduction de la taille des pièces de transmission du moteur et l’augmentation des couples mécaniques (downsizing) aboutissent à une augmentation des contraintes de service et une élévation possible de la température des systèmes principalement pour des pièces sollicitées en fatigue de contact. Il est donc nécessaire de travailler avec des aciers traités thermiquement qui auront des caractéristiques mécaniques et contraintes résiduelles améliorées et stables aux températures de travail (par exemple 250°C-300°C pour des pressions de contact de 3,5 à 4 GPa).
Face à cette orientation technique dictée par des impératifs écologiques, de nouveaux traitements thermochimiques ont été développés pour améliorer les caractéristiques mécaniques obtenus après une cémentation ou une carbonitruration classique, tout en restant économiquement compétitif par rapport aux traitements de longues durées, telles que les nitrurations et nitrocarburations. C’est pour ces raisons que les carbonitrurations profondes surenrichies à l’azote ont fait leur apparition dans les ateliers de traitements thermiques. On les trouve sous des appellations diverses telles que « deep carbo », « carbo HN » (High Nitrogen), « carbo HD » (High Diffusion)… L’objectif de cet article est dans un premier temps, de décrire les différences entre ces nouveaux traitements thermochimiques et la cémentation ou la carbonitruration standard, et dans un second temps, de détailler les moyens de réguler en production ces nouvelles atmosphères.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles, notations et symboles utilisés.
Points clés :
Domaine : Traitement thermochimique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Fabrication engrenages, transmissions, roulements.
Domaines d’application : Automobile, aéronautique.
Principaux acteurs français :
Industriels : HACER, United Process Controls, SNR NTN, Métallo Corner.
Contact : [email protected]/ http://www.metallocorner.fr
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
DOI (Digital Object Identifier)
Présentation
ConclusionArticle inclus dans l'offre
"Traitements des métaux"
(133 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
4. Description d’une atmosphère de carbonitruration riche en ammoniac
La carbonitruration HN, tout comme la carbonitruration standard (% NH3 < 3 % en vol. en général pour les aciers de construction), se pratiquent dans des fours conventionnels de cémentation de technologies très variées : procédé N2/CH3OH, gaz endothermique, craquage in situ d’alcane. L’atmosphère sera régie par les principales réactions « d’équilibre » : la dissociation de l’ammoniac, la réaction de nitruration et les réactions de carburation ; à celles-là s’ajouteront des réactions additionnelles secondaires (figure 12).
Au niveau de l’enrichissement en azote, le mécanisme de nitruration est limité par la faible teneur en ammoniac non dissocié qui pourra au voisinage de la charge se décomposer en [N] + 3/2 H2. Pour l’absorption du carbone, les réactions qui assurent l’enrichissement sont régies par la teneur en CO contenu dans l’atmosphère. Cependant, compte tenu du fait que les températures de travail sont inférieures à 900°C, le régime limitant de l’enrichissement reste la diffusion des interstitiels dans la matrice.
On s’aperçoit que la dissociation de l’ammoniac lors de son injection a un effet sur les équilibres des réactions carburation et réciproquement. En effet, la quantité d’hydrogène totale provient de l’ammoniac, mais également du craquage du CH4 (en dessous de 875°C) et de la réaction du gaz à l’eau (CO + H2O → CO2 + H2). Il se créera donc un effet d’équilibre entre les différentes familles de réactions par le biais de l’hydrogène. L’ajout d’une certaine quantité d’ammoniac dans le four fera évoluer légèrement la pression totale dans l’enceinte du four. En revanche, on observera une diminution des pressions partielles des autres gaz (excepté H2) par effet de dilution (tableau 2).
La réaction principale de décomposition de l’ammoniac est une réaction de décomposition non nitrurante :
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Description d’une atmosphère de carbonitruration riche en ammoniac
Article inclus dans l'offre
"Traitements des métaux"
(133 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LOUKACHENKO (M.) - Mise au point de surfaces résistant à des sollicitations de roulement – glissement sous des pressions de contact 2,5 GPa et jusqu’à 300 °C. - Thèse menée à l’Institut National Polytechnique de Lorraine et soutenue (2006).
-
(2) - WATANABE (Y.), NARITA (N.), UMEGAKI (S.) - Rolling contact fatigue strength of carbo-nirtited and shot-peened chromium alloy steel. - Proceedings of the 18th conference, Rosemont (1998).
-
(3) - DAL’MAZ SILVA (W.), DULCY (J.), GHANBAJA (J.), MICHEL (G.), THIBAULT (S.), BELMONTE (T.) - Carbonitriding of low alloy steels : mechanical and metallurgical responses. - Materials Science & Engineering A693 (2017).
-
(4) - Volker Läpple, Wärmebehandlung des Stahls. - Grundlagen, Verfahren, und Werkstoffe Broschiert (2006).
-
(5) - STEINBACHER (M.), WINTER (K.-M.) - C and N potential controlled Carbonitriding for selectively increasing the strength properties of components of rolling bearings and hardened steels. - Europäische...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Hacer STTS, ZI des Lanches, Rue des Cyprès, 74300 Thyez
United Process Controls GmbH, Dürnauer Weg 30, 73092 Heiningen, Germany
Process électronic ZI des Tilleroyes, 20 rue Thomas Edison, 25000 Besançon
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
A3TS – Association de traitement thermique et de traitement de surface
HAUT DE PAGE
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Article inclus dans l'offre
"Traitements des métaux"
(133 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
