Traitements assistés par plasma ou nitruration et nitrocarburation ioniques
Nitruration et nitrocarburation - Procédés et pratiques industrielles

1 - Définitions et principes

Tableau 1

• 1.1 - Couche de combinaison ou couche blanche
• 1.2 - Couche de diffusion
  Figure 3 - Profils de microdureté et cinétique de nitruration de divers aciers au chrome [3] Figure 4 - Cinétique de nitruration du 32CrMoV13 [4] Figure 5 - Ralentissement de la diffusion de l’azote par les contraintes de compression engendrées par la nitruration Figure 6 - Profils potentiels de microdureté
• 1.3 - Nitrocarburation et autres traitements
  Figure 7 - Concentration en carbone dans la couche de combinaison d’un acier C 45 [5] Figure 8 - Constitution des couches de combinaison [6] Figure 9 - Évolution des teneurs en azote, carbone et oxygène dans la couche de combinaison après nitrocarburation [7]
• 1.4 - Caractéristiques des nitrurations
• 1.5 - Influence de la vitesse de refroidissement

2 - Traitements en milieu liquide. Bains de sels

• 2.1 - Bains non activés
• 2.2 - Bains activés
  Figure 10 - Évolution des teneurs en azote, carbone, oxygène et soufre dans la couche de combinaison après un traitement par le procédé SULFINUZ® pendant 90 min [7] Figure 11 - Effet du soufre sur le domaine de la phase ε dans le cas d’un traitement par le procédé SURSULF ® [9] Figure 12 - Vue au MEB (X 2000) de la surface d’une couche nitrocarburée (d’après HEF Techniques Surfaces) Figure 13 - Micrographies de couches nitrocarburées sur acier et fonte Figure 14 - Vues des éprouvettes Faville : montage d’essai et éprouvette après essai (sans grippage) Tableau 2
• 2.3 - Mise en œuvre du traitement
  Figure 15 - Schéma de principe du traitement des eaux de lavage d’un atelier de traitement en bains de sels (document Exprohef)
• 2.4 - Développements de ces procédés
  Figure 16 - Relation temps-température sur la profondeur nitrurée prise à la limite de 400 HV avec deux formulations de bain (classique et activé)

3 - Traitements en milieu gazeux

• 3.1 - Nitruration gazeuse à l’ammoniac
  Figure 17 - Méthode de mesure du taux de dissociation [15] Figure 18 - Tolérances sur les valeurs de KN spécifiées dans SAE-AMS 2759/10 Tableau 3
• 3.2 - Nitrocarburation gazeuse ferritique
  Figure 19 - Effet des additions des gaz CO, CO2, CH4, air (O2) dans un mélange 60 % N2, 40 % NH3 (en volume) sur l’épaisseur de la couche ε [23] Figure 20 - Duretés obtenues sur différents aciers après un traitement de type NITEMPER® à 570 °C (50 % NH3/50 % endogaz) [24] Tableau 4
• 3.3 - Nitrocarburation gazeuse ferrito-austénitique
  Figure 21 - Nitrocarburation à 630 °C : fine couche d’oxydes et porosités en extrême surface, couche de combinaison ε d’épaisseur 35 à 40 µm et couche d’austénite à l’azote d’épaisseur 9 à 12 µm (Corr-I-Dur BODYCOTE) Figure 22 - Influence de la température sur la croissance de la couche de combinaison d’un acier non allié à bas carbone [23] Figure 23 - Nitrocarburation à 680 °C : fine couche d’oxydes et porosités en extrême surface, couche de combinaison ε d’épaisseur 35 à 40 µm et couche d’austénite à l’azote transformée en bainite inférieure par revenu à 350 °C d’épaisseur 40 µm (Corr-I-Dur BODYCOTE)
• 3.4 - Mise en œuvre des nitrurations gazeuses
  Figure 24 - Installation de distribution d’ammoniac en soutirage liquide (document Air Liquide) Figure 25 - Diagramme de Lehrer Figure 26 - Diagramme de Lehrer modifié pour un alliage Fer-Carbone applicable à un acier type 4 140 (42CrMo4) [20] Figure 27 - Mesure du KCB lors d’une nitruration à 570 °C, 4 heures, KN = 1, KCB = 0,3 [20] Figure 28 - Diagramme isotherme de phases (Fe-N-C) pour différentes atmosphères à 575 °C Figure 29 - Valeurs et tolérances sur KN et KC en fonction de la température pour la classe 2 et les aciers alliés selon SAE-AMS 2 759/12 Figure 30 - Système de pilotage d’une installation de nitrocarburation [26] Tableau 5

4 - Traitements assistés par plasma ou nitruration et nitrocarburation ioniques

• 4.1 - Principe
  Figure 31 - Courbe tension-intensité avec indication des différents types de décharge : cas de l’argon [27]
• 4.2 - Production du plasma
  Figure 32 - Schéma de principe d’un four de nitruration ionique [31] Figure 33 - Phénomène de décharge luminescente Figure 34 - Schéma de principe des nitrurations ioniques par plasma de type diode (DPCN) et de type transféré (ASPN) Figure 35 - Vue de l’écran actif [34]
• 4.3 - Mise en œuvre du traitement
  Figure 36 - Schéma d’un four de nitruration ionique à double embase, un résistor à 3 zones, doté d’une turbine de convection, d’un pompage double (pompe à palettes et dépresseur Roots) (crédit BMI) Figure 37 - Four à double embase (crédit BMI) Figure 38 - Nitrocarburation avec apport de soufre par addition de 0,1 % de H2S [36]

5 - Nitruration et nitrocarburation sous pression réduite

6 - Nitruration à haute température des aciers inoxydables

7 - Nitruration et parachèvement oxydant

8 - Revenu après nitrocarburation

9 - Conclusion