Présentation
Auteur(s)
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Dominique GHIGLIONE : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon (ECL) - Ingénieur au Département Matériaux et Traitements thermiques du Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM)
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Claude LEROUX : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) - Directeur Général de Partiot SA
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Christian TOURNIER : Ingénieur Diplômé par l’État (DPE) - Directeur Technique de la Société Vide et Traitement. Lagny
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Lire l’articleINTRODUCTION
Cémentation et carbonitruration sont deux traitements thermochimiques voisins. Dans les deux cas, l’élément de diffusion principal est le carbone, l’azote n’intervient dans le cas de la carbonitruration que pour favoriser le durcissement par le carbone (amélioration du transfert et de la diffusion du carbone, élévation de la trempabilité de la couche cémentée grâce à l’enrichissement en azote).
Le durcissement est obtenu par trempe et les cycles de traitement thermique après diffusion sont conduits selon les mêmes principes.
Les aciers employés appartiennent aux mêmes familles.
Les applications sont comparables et le choix de l’un ou l’autre des procédés repose sur des considérations économiques globales (mise en œuvre du procédé, acier) et assez peu sur des considérations de performances mécaniques obtenues sur les pièces.
VERSIONS
- Version courante de déc. 2011 par Claude LEROUX
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4. Traitement en milieu gazeux : cémentation et carbonitruration gazeuses
Le traitement est réalisé dans un four étanche dans lequel on maintient une atmosphère contrôlée constituée d’un gaz support auquel on ajoute si nécessaire, pour atteindre le potentiel carbone souhaité, un gaz d’enrichissement en carbone et, en plus, en azote dans le cas de la carbonitruration.
Les réactions principales de cémentation sont :
Les proportions de CO et H2 varient selon le mode d’élaboration de l’atmosphère.
4.1 Gaz support
4.1.1 Gaz de générateur endothermique
Le générateur endothermique (cf. article Atmosphères industrielles dans ce traité) est un réacteur de combustion d’un alcane (méthane, propane ou butane) dans lequel on réalise une oxydation en défaut d’air par rapport à la réaction stœchiométrique qui transformerait tout le carbone en CO2 . De ce fait, on produit essentiellement du CO. Selon le régime de marche du générateur (température et rapport air-gaz), on obtient environ 20 % de CO (%CO » 20, %H2 » 40, %N2 » 40) avec une température de rosée de 0 à – 5 oC et une teneur en CO2 de 0,15 à 0,05 correspondant à un potentiel carbone de 0,20 à 0,50 %.
Cette réaction étant endothermique, elle a donné son nom au générateur.
La température de fonctionnement du générateur est fixée idéalement à 1 050 oC avec un taux d’aération choisi (par rapport à la réaction stœchiométrique) de façon à éviter les dépôts de suie, en tenant compte des écarts de température le long de la cornue et de la résistance à chaud des matériaux réfractaires constituant la cornue (0,25 pour le méthane).
Les compositions à 1 050 oC de deux atmosphères endothermiques obtenues avec du gaz naturel et du propane sont données par la figure ...
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