Article

1 - MATÉRIAUX EMPLOYÉS

2 - TRAITEMENTS THERMIQUES PRÉALABLES

3 - MISE EN ŒUVRE

4 - ASPECTS MÉTALLOGRAPHIQUES DES COUCHES OBTENUES

5 - NORMALISATION ET SPÉCIFICATIONS

6 - CONTRÔLE ET CARACTÉRISATION DES RÉSULTATS

7 - PROPRIÉTÉS DES PIÈCES NITRURÉES

8 - DÉFAUTS ET DÉFORMATIONS

9 - COMPARAISON DES DIVERS PROCÉDÉS

10 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : M1228 v1

Nitruration et nitrocarburation - Matériaux mis en œuvre et propriétés d’emploi

Auteur(s) : Claude LEROUX

Date de publication : 10 juin 2012

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La norme NF EN 10085 (A36-560) du 01/03/2002 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 683-5 de juin 2021 : Aciers pour nitruration - Conditions techniques de livraison.
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2106 (Juin 2021).

16/12/2021

La norme ISO 4957 de décembre 1999 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 4957 "Aciers à outils" Révision 2018

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).

08/01/2019

RÉSUMÉ

Cet article est consacré à l’identification des alliages habituellement nitrurés ou nitrocarburés, à leurs conditions préalables de mise en œuvre et à l’examen des propriétés attendues. Le chapitre consacré aux défauts permet aux praticiens d’avoir des références vis-à-vis de la qualité recherchée. Le dernier chapitre s’efforce de donner des pistes de choix entre les différents procédés.

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ABSTRACT

Nitriding and nitrocarburizing: materials used and application qualities

This article focuses on the identification of alloys that are generally nitrided or nitro-carburized, the prerequisites for implementation and a review of expected properties. The chapter on defects provides practitioners with references in relation to the desired quality. The last chapter provides promising approaches for distinguishing between the various processes.

Auteur(s)

  • Claude LEROUX : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM)

INTRODUCTION

Les procédés industriels de nitrurations et nitrocarburation des alliages fer-carbone sont décrits dans l’article [M 1 227]. Ils regroupent une famille de traitements ayant pour effet de convertir la surface en nitrures de fer (ou carbonitrures de fer) sur une épaisseur variable de 2 à 40 µm, selon les paramètres de traitement (potentiel nitrurant, température, temps), constituant ainsi la couche de combinaison, ou couche blanche, dont les mécanismes théoriques de formation ont été décrits en [M 1 224]. Cette couche présente des caractéristiques particulièrement intéressantes, dont la dureté et les propriétés tribologiques. Nous avons vu par ailleurs qu’il était possible de maîtriser la structure cristalline de la couche de combinaison qui est de type cubique à face centrée (γ′) ou de type hexagonal centré (ε), l’ensemble de cette couche pouvant être monophasée ou biphasée. La nature de la structure est très importante pour l’obtention des performances recherchées. Le pilotage de ces résultats dépend du potentiel nitrurant ou nitrocarburant du procédé, la plage de réglage étant la plus étendue en nitruration et nitrocarburation gazeuse, d’où l’introduction des coefficients KN relié à l’activité nitrurante, et KC relié à la réaction carburante associée.

Au-delà de cette réaction de surface limitée en épaisseur, les différents procédés présentent une réaction thermochimique de diffusion de l’azote principalement, introduisant un gradient de dureté en profondeur, dépendant fortement de la nature et de la concentration en éléments d’alliage du matériau traité. Les lois de la diffusion, ou lois de Fick, définissent le coefficient de diffusion, fonction de la température et de la composition de l’alliage, et la vitesse de diffusion. Les aspects théoriques de ce mécanisme ont été définis en [M 1 227]. À ce gradient de dureté est associé un gradient de contraintes en compression, qui influe grandement sur les propriétés mécaniques en fatigue. Ainsi, les propriétés d’emploi des pièces nitrurées ou nitrocarburées dépendent fortement des nuances d’acier ou autres alliages utilisés.

Ce chapitre est consacré à l’examen des résultats et propriétés obtenus selon les alliages fer-carbone traités. Les résultats sont fonction pour une part non négligeable de l’état initial du matériau défini par ses opérations de traitement thermiques, et également des conditions de mise en œuvre : préparation avant traitement, paramètres de traitement et parachèvement éventuel. Ces résultats doivent naturellement faire l’objet d’opérations de contrôle. Comme dans tout procédé, il est nécessaire de mettre en évidence les défauts susceptibles d’être générés avec leurs conséquences et de déterminer les actions pour les éviter. La particularité de ces procédés est leur commercialisation par des marques derrière lesquelles il faut savoir identifier les spécificités ; en fin d’article, une comparaison des différents procédés est proposée.

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KEYWORDS

defects   |   nitriding   |   nitrocarburising   |   nitriding steel   |   quality control   |   pre-heating

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1228


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BELL (T.), SOHI (M.H.), BLOYCE (A.) -   Energy beams in second generation surface engineering of aluminium and titanium alloys  -  Heat treatment with high energy beams 2nd Seminar on Heat treatment Lisbonne, édition CEMUL (27-29 sept. 1989).

  • (2) - GERMIDIS (A.), RUZAFA (M.), POLY (C.) -   Développement de nuances avec prise en compte des traitements de surface  -  Communication séminaire Bodycote/Air Liquide (9-10 octobre 2008).

  • (3) -   Groupe de Travail CETIM. Projet de norme (NF A 02-051 : 1994). – Les traitements de nitruration et nitrocarburation des pièces mécaniques et outillages en acier  -  Journée ATTT-OTUA-CETIM, Nitruration des outillages de forge à chaud, Éd. CETIM (7 fév. 1991).

  • (4) - CONFENTE (M.), MICHEL (H.), POURPRIX (Y.) -   Mise au point d’aciers économiques aptes à la nitruration  -  Revue Trait. Therm., 197, p. 67 à 72 (1985).

  • (5) - MONGIS (J.), PEYRE (J.P.), TOURNIER (C.) -   Nitruration des aciers à dispersoïdes  -  Revue Trait. Therm., 178 (1983).

  • ...

NORMES

  • Aciers pour trempe et revenu. - NF EN 10083 -

  • Aciers de cémentation et carbonitruration. - NF EN 10084 -

  • Aciers pour nitruration. - NF EN 10085 -

  • Aciers inoxydables. - NF EN 10088 -

  • Aciers à outils. - NF ISO 4957 -

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