Bibliographie & annexes
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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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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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Principe de base d'une réaction hétérogène gaz-solide4. Réactions gaz-solide de cémentation des aciers à l'échelle industrielle
4.1 Caractéristiques thermiques et hydrodynamiques des réacteurs
La mise en œuvre industrielle des traitements de cémentation doit être réalisée dans un four tel que le transfert de carbone soit homogène sur toute la surface de la charge. Ce four doit être un réacteur chimique isotherme dont le comportement doit tendre vers celui d'un réacteur parfaitement agité c'est-à-dire chimiquement homogène.
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L'effet de la température peut être très facilement calculé tant sur les pseudo-équilibres qui règnent dans l'atmosphère que sur la diffusion du carbone dans l'acier. Ainsi, dans les mélanges CO–H2, la mesure du potentiel carbone (régulation T—CO—O2) est faite avec une précision relative de l'ordre de 10 % Théorie des traitements thermochimiques- Cémentation. Carburation[8] Théorie des traitements thermochimiques- Cémentation. Carburation[9], si la température est connue à ± 5 oC, si la mesure en CO est faite avec une précision relative de 1 % et si le signal de la sonde à oxygène est connu avec une incertitude absolue de ± 4 mV (soit une précision relative sur le signal sonde comprise entre 0,3 % et 0,4 % (figure 7)). La mesure du potentiel carbone, faite avec une précision relative de 10 %, implique que la fraction massique superficielle en carbone est contrôlée sensiblement avec la même précision (figure 27)....
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Réactions gaz-solide de cémentation des aciers à l'échelle industrielle
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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