Cémentation et carbonitruration (qu’il conviendrait de nommer cémentation par le carbone (ou carburation) et cémentation par le carbone et l’azote) sont deux traitements thermochimiques voisins. Dans les deux cas, l’élément de diffusion principal est le carbone, l’azote intervenant en carbonitruration pour favoriser le durcissement par le carbone (amélioration du transfert et de la diffusion du carbone, élévation de la trempabilité de la couche cémentée grâce à l’enrichissement en azote), pour apporter un taux d’interstitiel plus important et contribuer au durcissement et au taux de contraintes résiduelles.
La carbonitruration ne concerne que les plus faibles profondeurs de diffusion (< 0,6 mm environ).
Il faut distinguer de la carbonitruration les traitements activés et/ou améliorés par injection d’ammoniac, soit en première phase comme élément de dépassivation, soit en dernière phase (procédé « flash azote ») pour améliorer le durcissement.
Le durcissement est obtenu par trempe et les cycles de traitement thermique après diffusion sont conduits selon les mêmes principes.
Les aciers employés appartiennent aux mêmes familles.
Les applications sont comparables, et le choix de l’un ou l’autre des procédés, à profondeurs équivalentes reposent sur des considérations incluant la mise en œuvre du procédé, le choix de l’acier, un second article [M 1 226] traite précisément des mises en œuvre.
Jusqu’à l’arrivée des procédés basse pression, la carbonitruration supplantait la cémentation pour les faibles profondeurs. Ces dernières années, la cémentation basse pression a conquit une part du champ d’application de la carbonitruration.
Et on commence seulement à envisager la carbonitruration basse pression.
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3. Traitement en milieu liquide : cémentation et cyanuration (carbonitruration) en bain de sels
Le milieu liquide est un bain de sels en fusion riche en produits carburants ou carbonitrurants dans lequel on immerge les pièces. Ce procédé fortement développé jusqu’aux années 1970 a beaucoup décru, voire disparu dans les pays soumis aux réglementations sur l’environnement.
Les raisons essentielles sont liées principalement à la nature cyanurée de ces bains. Des formulations sans cyanure ont été développées pour s’affranchir de cet aspect mais l’efficacité relative de ces formules et les contraintes des bains de sels même exempts de cyanures n’ont pas permis de maintenir la place de cette technique par rapport aux procédés gazeux.
3.1 Bains de sels cyanurés
Dans ces bains, le produit fournissant le carbone est toujours un cyanure alcalin, le cyanure de sodium NaCN étant plus économique et plus efficace que le cyanure de potassium KCN. La décomposition du cyanure s’accompagne également d’une libération d’azote.
Il s’agit donc toujours d’une carbonitruration, la diffusion d’azote est cependant variable avec la composition du bain et principalement avec la teneur en cyanure alcalin.
Il existe trois types de bains :
bains non activés à haute teneur massique en cyanure (30 à 40 %) pour lesquels la diffusion d’azote est importante avec pour conséquence une limitation de la teneur en carbone. Ce sont les véritables bains de carbonitruration ; leur emploi est limité à 870 °C ;
bains activés ou accélérés à moyenne teneur en cyanure (15 à 20 %) employés jusqu’à 900 °C, bien adaptés aux faibles profondeurs, faciles à employer grâce à leur fluidité ;
bains activés à faible teneur en cyanure (8 à 10 %) pour la cémentation profonde employés jusqu’à 950 °C.
Bibliographie & annexes
Traitement en milieu gazeux
