Qu’est-ce que la carburation par rapport à la nitruration – Définition

Trempe superficielle – Cémentation

La cémentation ou la trempe superficielle est le processus dans lequel la dureté de la surface (boîte) d’un objet est améliorée, tandis que le noyau interne de l’objet reste élastique et résistant. Après ce processus , la dureté de surface, la résistance à l’usure et la durée de vie à la fatigue sont améliorées. Ceci est accompli par plusieurs processus tels qu’un processus de carburation ou de nitruration par lequel un composant est exposé à une atmosphère carbonée ou azotée à température élevée. Comme cela a été écrit, deux caractéristiques matérielles principales sont influencées:

• La dureté et la résistance à l’usure sont considérablement améliorées. En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et aux rayures. La dureté est probablement la propriété matérielle la plus mal définie car elle peut indiquer une résistance aux rayures, une résistance à l’abrasion, une résistance à l’indentation ou encore une résistance à la mise en forme ou à la déformation plastique localisée. La dureté est importante d’un point de vue technique car la résistance à l’usure par frottement ou érosion par la vapeur, l’huile et l’eau augmente généralement avec la dureté.
• La ténacité n’est pas influencée négativement. La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie et à se déformer plastiquement sans se fracturer. Une définition de la ténacité (pour taux de déformation élevé, ténacité à la rupture) est qu’il s’agit d’une propriété qui indique la résistance d’un matériau à la rupture lorsqu’une fissure (ou un autre défaut de concentration de contrainte) est présente.

Pour le fer ou l’acier à faible teneur en carbone, qui a une trempabilité faible ou nulle, le processus de cémentation consiste à infuser du carbone ou de l’azote supplémentaire dans la couche de surface. La cémentation est utile dans des pièces telles qu’une came ou une couronne dentée qui doivent avoir une surface très dure pour résister à l’usure, ainsi qu’un intérieur résistant pour résister à l’impact qui se produit pendant le fonctionnement. De plus, la trempe superficielle de l’acier présente un avantage par rapport à la trempe en profondeur (c’est-à-dire le durcissement du métal uniformément sur toute la pièce) car les aciers à faible et moyenne teneur en carbone moins chers peuvent être durcis en surface sans les problèmes de distorsion et de fissuration associés à la par durcissement de sections épaisses. Une couche de surface externe riche en carbone ou en azote (ou cas) est introduit par diffusion atomique à partir de la phase gazeuse. Le boîtier est normalement de l’ordre de 1 mm de profondeur et est plus dur que le noyau interne du matériau.

Carburation – Avantages et application

La carburation est un processus de cémentation dans lequel la concentration en carbone de surface d’un alliage ferreux (généralement un acier à faible teneur en carbone) est augmentée par diffusion à partir de l’environnement environnant. La carburation produit une surface de produit dure et très résistante à l’usure (profondeurs moyennes) avec une excellente capacité de charge de contact, une bonne résistance à la fatigue par flexion et une bonne résistance au grippage. La cémentation est généralement utilisée pour les aciers à faible teneur en carbone, qui sont chauffés à une température suffisante pour rendre l’acier austénitique, suivis d’une trempe et d’un revenu pour former une microstructure martensitique. Ainsi, un boîtier martensitique à haute teneur en carbone avec une bonne résistance à l’usure et à la fatigue est superposé à un noyau en acier dur à faible teneur en carbone. Dans sa première application, les pièces étaient simplement placées dans un récipient adapté et recouvertes d’une épaisse couche de poudre de carbone (pack carburation). Aujourd’hui, la pièce d’acier est exposée, à une température élevée (généralement supérieure à 850 °C), à une atmosphère riche en gaz hydrocarbure, tel que le méthane (CH4). Dans la cémentation gazeuse, la variante commercialement la plus importante de la cémentation, la source de carbone est une atmosphère de four riche en carbone produite soit à partir d’hydrocarbures gazeux, par exemple, le méthane (CH₄), le propane (C₃H₃) et le butane (C₄H₁₀), ou à partir de liquides hydrocarbonés vaporisés. La chaleur améliore la diffusion du carbone dans les régions de surface et de sous-surface de l’acier. La profondeur de diffusion (profondeur de cas) suit une dépendance temps-température telle que:

Profondeur de cas ∝ D . √ Temps

 où le facteur de diffusivité, D , dépend de la température, de la composition chimique de l’acier et du gradient de concentration de carbone à la surface. En température, le facteur de diffusivité augmente de manière exponentielle en fonction de la température absolue. Cette vitesse de diffusion augmente fortement avec l’augmentation de la température ; le taux d’addition de carbone à 925 °C est supérieur d’environ 40 % à celui à 870 °C. La profondeur de tout boîtier cémenté est fonction du temps et de la température.

Nitruration

La nitruration est un processus de cémentation dans lequel la concentration en azote de surface d’un ferreux est augmentée par diffusion à partir du milieu environnant pour créer une surface cémentée. La nitruration produit une surface de produit dure et très résistante à l’usure (profondeurs peu profondes) avec une bonne capacité de charge de contact, une bonne résistance à la fatigue par flexion et une excellente résistance au grippage. Contrairement à la carburation, dans la nitruration, l’azote est ajouté à la ferrite au lieu de l’austénite. Par conséquent, la nitruration n’implique pas de chauffage dans le champ de phase austénitique et une trempe ultérieure pour former de la martensite. Une température est nettement inférieure et une plage de 500 à 550 °C est généralement utilisée. Ces procédés sont les plus couramment utilisés sur les aciers à faible teneur en carbone et faiblement alliés. Ils sont également utilisés sur les aciers à moyenne et haute teneur en carbone, le titane, l’aluminium et le molybdène. Le durcissement le plus important est obtenu avec une classe d’aciers alliés (type nitralloy) contenant environ 1 % d’Al. Les applications typiques incluent la production de composants de machines, d’arbres, d’essieux, d’engrenages, de vilebrequins, d’arbres à cames, de suiveurs de came, de pièces de soupape, de vis d’extrudeuse, d’outils de moulage sous pression ou de matrices de forgeage.

Voir ci-dessus:
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