Bibliographie & annexes
Présentation
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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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.
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Transfert du carbone dans l'état solide2. Atmosphères à base de monoxyde de carbone et à base d'hydrocarbure
2.1 Génération des atmosphères
Dans le cas de la cémentation par la molécule de CO dans un mélange CO – H2, l'atmosphère est généralement produite de deux façons soit à l'extérieur du four à partir de la technique du générateur endothermique, soit directement à l'intérieur du four à partir de l'instillation de liquide organique.
-
Les générateurs endothermiques sont des réacteurs chimiques chauffés vers 1 050 oC dans lequel une oxydation de gaz naturel en défaut d'air, permet l'obtention d'une atmosphère essentiellement composée de monoxyde de carbone, de dihydrogène et de diazote inerte chimiquement. La figure 2 et la figure 3 présentent le résultat du calcul (à l'équilibre thermodynamique) de la composition de la phase gazeuse résultant de l'oxydation du méthane en fonction du facteur d'air na à 1 050 oC. C'est pour un facteur d'air proche de 0,25 que la fraction molaire en CO est maximale, ce qui correspond au cas d'un mélange air – méthane dont le rapport volumique R est de 2,5, soit la réaction chimique suivante :
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( 7 )
avec
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( 8 )
ExempleCH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O soit Va = 10 Nm3 d'air pour 1 Nm3 de CH4.
Notanous rappelons que 1 Nm3 correspond à 1 000 litres de gaz à 0 oC, soit 273 K, et 101 325 Pa, soit 1 atm.
À 1 050 oC, pour un facteur d'air proche de 0,25, le calcul à l'équilibre thermodynamique montre que le mélange obtenu est essentiellement constitué de 20 % d'oxyde de carbone, 40 % de dihydrogène...
( 7 )
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Atmosphères à base de monoxyde de carbone et à base d'hydrocarbure
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
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