La carbonitruration est un processus par lequel du carbone et de l’azote sont introduits à la surface d’une pièce en acier. Le but de ce procédé est de former une austénite (au-dessus de A3) qui devient une microstructure matricielle de martensite après trempe. S’il y a trop d’azote introduit dans l’acier, cela peut entraîner une austénite retenue, qui est de l’austénite qui ne devient pas une microstructure de martensite après la trempe. Cela peut causer des problèmes tels qu’une porosité accrue, par laquelle de nombreux petits trous affaiblissent la structure du matériau. Pour cette raison, il est extrêmement important d’utiliser l’atmosphère de traitement thermique appropriée, le milieu de trempe et le processus global de carbonitruration.

Procédé de carbonitruration

Atmosphère: Le procédé de carbonitruration est similaire au procédé de cémentation de gaz, mais avec addition d’ammoniac à côté du carbone. Ce processus ajoute 0,5-0,8% de carbone et 0,2–0.4% d’azote à la surface de l’acier. L’azote provient de l’ammoniac présent dans l’atmosphère.

Traitement thermique: La température utilisée pour la carbonitruration doit être d’environ 850 ° C (1550 °F). Ceci est inférieur à la température utilisée pour la cémentation et le temps pendant lequel la pièce sera traitée thermiquement est également plus court. Ces températures plus basses utilisées pour la carbonitruration par rapport à la carburation signifient également qu’il y a moins de distorsion de la pièce, notamment lors de la trempe. Cependant, il s’agit d’une température plus élevée que celle utilisée pour la nitruration standard.

Trempe: Une fois la pièce traitée thermiquement, elle doit être immédiatement trempée dans du pétrole ou du gaz avec une atmosphère protectrice. Alors que l’eau est un autre moyen de trempe possible, les aciers doux peuvent se déformer davantage lorsqu’ils sont trempés dans l’eau. Pour cette raison, la trempe dans du pétrole ou du gaz avec une atmosphère protectrice est recommandée au-dessus de l’eau.

Profondeur de cémentation (CHD): La profondeur de cémentation correspond à la profondeur à laquelle le processus de durcissement pénètre dans la surface de l’acier. Cette profondeur dépend de divers facteurs, notamment la profondeur de carbonitruration, la température de durcissement, le taux de trempe, la trempabilité de l’acier et les dimensions du composant.

Avantages de la carbonitruration

Comme mentionné précédemment, le but de la carbonitruration est de donner à l’acier une coque extérieure plus dure. Cependant, le boîtier durci n’est pas une couche supplémentaire sur l’acier. Le processus de carbonitruration modifie la couche supérieure du composant afin de conserver les dimensions d’origine. Cette cémentation est typiquement comprise entre 0,07 et 0,75 mm d’épaisseur. Un boîtier plus épais signifie plus de protection contre l’usure, mais tout ce qui dépasse 0,75 mm ne vaudra généralement pas le temps et les efforts nécessaires. De plus, la dureté de la coque peut augmenter jusqu’à 65 – 66 HRC sur l’échelle de Rockwell, ce qui la place dans la catégorie « acier très dur ».

La microstructure matricielle martensite qui résulte de la carbonitruration est l’un des principaux avantages de l’utilisation de ce procédé. Cette microstructure est ce qui confère à la couche extérieure de l’acier sa durabilité, sa résistance à l’usure et sa ductilité accrues. En raison de cette durabilité et de cette résistance à l’usure accrues, les pièces carbonitrurées ont augmenté leur durée de vie dans des environnements mal lubrifiés et contaminés qui seraient normalement trop extrêmes pour leurs homologues non traités. De plus, les pièces ainsi traitées ont des contraintes résiduelles de compression de -25ksi (-172MPa).

D’autres avantages de la carbonitruration incluent le fait qu’elle est parfaite pour la production en série de petits composants. Plus le composant est petit, plus il est facile d’obtenir une profondeur de boîtier plus élevée. Il y a aussi la résistance au ramollissement pendant le revenu et une augmentation de la résistance aux chocs qui peuvent être des propriétés précieuses dans certaines situations. Et, la carbonitruration et la cémentation peuvent être faites ensemble pour combiner leurs propriétés.

Applications de pièces carbonitrurées

En ce qui concerne les types d’acier qui peuvent être carbonitrurés, il existe une grande variété qui comprend du carbone ordinaire, doux (réduit aluminium), faiblement allié (0,25% de carbone maximum), coupe libre et acier fritté. L’acier utilisé va dépendre de la raison pour laquelle le composant sera éventuellement utilisé. Certaines des pièces les plus courantes qui reposent sur la carbonitruration sont les dents d’engrenage, les cames et les arbres, les roulements, les fixations et les goupilles, les tiges de piston hydrauliques, les plaques d’embrayage automobiles, les outils et les matrices.

En examinant seulement quelques-unes de ces applications possibles pour l’acier carbonitruré, nous pouvons voir exactement comment les avantages de ce processus fonctionnent dans le monde réel. Par exemple, les tiges de piston hydrauliques peuvent bénéficier de l’augmentation de la durée de vie de la carbonitruration dans des environnements mal lubrifiés et contaminés. Une mauvaise lubrification à l’intérieur d’un vérin hydraulique peut provoquer le cisaillement des flocons de métal et contaminer le système. Cette contamination entraîne alors une augmentation de l’usure, finissant par détruire le cylindre de l’intérieur. Certains vérins hydrauliques sont scellés à vie, ce qui signifie que leur lubrifiant ne peut pas être changé lorsqu’il est contaminé. Des situations comme celle-ci sont la raison pour laquelle la carbonitruration est si importante pour prévenir l’usure.

Conclusion

La carbonitruration est un procédé de traitement thermique par lequel le carbone et l’azote (via l’ammoniac gazeux) imprègnent la couche superficielle des composants en acier. Le processus implique des températures d’environ 850 ° C suivies d’une trempe dans des solutions de pétrole ou de gaz. La réussite de ce processus conférera aux composants en acier diverses propriétés bénéfiques, notamment une résistance à l’usure accrue. Et il existe de nombreuses applications différentes pour les pièces carbonitrurées dans des situations d’usure élevée telles que les dents d’engrenage, les roulements et les outils.

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