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Traitements thermochimiques superficiels - Présentation et classification

Article de référence | Réf : M1222 v1

Théorie des traitements thermochimiques - Cémentation. Carburation

Auteur(s) : Jacky DULCY, Michel GANTOIS

Date de publication : 10 déc. 2007

Relu et validé le 01 déc. 2016

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RÉSUMÉ

Les mécanismes des traitements thermochimiques de surface par réaction gaz-solide ont fait l'objet au cours de ces vingt dernières années d'études approfondies. La compréhension de ces mécanismes a permis d'accroître les vitesses de transfert de matière et donc de réduire la durée des traitements grâce à des procédés dont les conditions de fonctionnement optimisées à chaque instant garantissent, outre la productivité, un très haut niveau de qualité métallurgique reproductible à chaque traitement.

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ABSTRACT

Theory of thermochemical treatments - cementation, carburation

The mechanisms of surface thermochemical treatments via gas-solid reaction have been intensively studied over the last twenty years. The understanding of these mechanisms has allowed for increasing the velocity of matter transfer and thus for reducing the duration of treatments via processes whose constantly optimized operation conditions guarantee productivity and also an extremely high level of metallurgical quality reproducible for each treatment.

Auteur(s)

Jacky DULCY : Ingénieur de recherche CNRS, ingénieur civil des Mines
Michel GANTOIS : Professeur à l'École Nationale Supérieure des Mines et à l'École Européenne d'Ingénieurs en Génie des Matériaux, Nancy

INTRODUCTION

Les mécanismes des traitements thermochimiques de surface par réaction gaz-solide (cémentation, carbonitruration etc.) ont fait l'objet au cours de ces vingt dernières années d'études approfondies rendues possibles par les progrès des techniques d'analyse et d'observation des microstructures, par le développement des connaissances thermodynamiques et des phénomènes de transfert de matière et par la mise en œuvre d'outils de simulation. La compréhension de ces mécanismes a permis d'accroître de façon spectaculaire les vitesses de transfert de matière et donc de réduire la durée des traitements grâce à des procédés dont les conditions de fonctionnement optimisées à chaque instant garantissent, outre la productivité, un très haut niveau de qualité métallurgique reproductible à chaque traitement.

Ce dossier est une présentation accessible aux ingénieurs, techniciens et étudiants des concepts mis en œuvre et des applications qui en découlent dans le domaine de la cémentation, de la carbonitruration des aciers de construction mécanique et dans le domaine de la carburation des aciers alliés. Il a pour objet de permettre en particulier aux ingénieurs et aux techniciens de mieux comprendre et donc de mieux maîtriser les moyens modernes de production mis à leur disposition.

Le lecteur se reportera utilement dans ce traité au dossier [M 1 226] « Cémentation. Carbonitruration ».

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PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/traitements-thermiques-superficiels-et-thermochimiques-42501210/theorie-des-traitements-thermochimiques-m1222/

RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - DULCY (J.), GANTOIS (M.) - Principe de la cémentation et de la carbonitruration. - Traitement thermique, no 289, p. 46-54 (1996).
(2) - YAHIA (M.) - Contribution à l'étude de l'influence de l'azote dans les traitements thermochimiques de la surface des aciers en phase austénitique. - Doctorat INPL Nancy (1995).
(3) - BOURDIL (C.) - Les atmosphères de traitement thermique. - Collection des techniques gazières (1981).
(4) - CHIPMAN (J.) - Thermodynamics and Phase Diagram of the Fe-C system. - Metallurgical transactions, vol. 3, p. 55-64, janv. 1972.
(5) - ELLIS (T.) - Some Thermodynamic properties of carbon in Austenite. - Journal of the Iron Steel Institut, no 201, p. 582-587 (1963).
(6) - WYSS (U.) - Grundlagen des Einsatzhärtens. - Häterei-Technische...

ANNEXES

1 Logiciels

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http://www.thermocalc.com

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - PRINCIPE DE BASE D'UNE RÉACTION HÉTÉROGÈNE GAZ-SOLIDE

1.1 - Mécanismes physico-chimiques du transfert du carbone par une réaction hétérogène gaz-solide
1.2 - Définition du coefficient de transfert de masse
1.3 - Transfert de matière en phase austénitique
1.4 - Conclusion

2 - ATMOSPHÈRES À BASE DE MONOXYDE DE CARBONE ET À BASE D'HYDROCARBURE

2.1 - Génération des atmosphères
2.2 - Définition du potentiel carbone
2.3 - Influence des éléments d'alliage sur le potentiel carbone
2.4 - Atmosphères à base de monoxyde de carbone
2.5 - Oxydation sélective : décomposition de la molécule de monoxyde de carbone
2.6 - Atmosphère à base d'hydrocarbure

$Décomposition thermique du propane à 930 oC dans un réacteur industriel en acier réfractaire et sans charge$

3 - TRANSFERT DU CARBONE DANS L'ÉTAT SOLIDE

3.1 - En phase austénitique homogène
3.2 - En phase austénitique multiconstituée : application aux aciers inoxydables martensitiques

$Calcul de la nature, de la fraction massique, de la composition des phases à l'équilibre thermodynamique pour deux alliages ternaires Fe-Cr-C A(1 %C, 13 %Cr) et B(4 %C, 13 %Cr) à 950 oC$

4 - RÉACTIONS GAZ-SOLIDE DE CÉMENTATION DES ACIERS À L'ÉCHELLE INDUSTRIELLE

4.1 - Caractéristiques thermiques et hydrodynamiques des réacteurs
4.2 - Cémentation traditionnelle : gaz endothermique, azote-méthanol
4.3 - Procédés modernes. Protection de l'environnement

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