Nitruration, nitrocarburation et dérivés

1 - Définitions et principes

• 1.1 - Nitruration
  Figure 2 - Diagramme d’équilibre fer-azote  Figure 3 - Structure du nitrure Fe4N (phase ) Figure 4 - Structure du nitrure Fe2N-Fe3N Figure 5 - Relation entre le diagramme d’équilibre Fe-N et la courbe concentration-pénétration à 570 oC (d’après ) Figure 6 - Profils de dureté obtenus avec le fer nitruré par bombardement ionique à 570 oC (d’après ) Figure 7 - Exemples de gradients de contraintes résiduelles pour différents traitements de nitruration de l’acier X 100 CrMoV 5 (d’après ) Figure 8 - Profils de microdureté et cinétique de nitruration de divers aciers au chrome (d’après ) Figure 9 - Profils de microdureté possibles Figure 10 - Diagramme d’équilibre Fe-C-N : coupe isotherme à 565 oC (d’après )
• 1.2 - Nitrocarburation et autres traitements
  Figure 11 - Concentration en carbone dans la couche de combinaison d’un acier Ck 45 (norme DIN) (d’après ) Figure 12 - Constitution des couches de combinaison (d’après ) Figure 13 - Évolution des teneurs en azote, carbone et oxygène dans la couche de combinaison après nitrocarburation (d’après )
• 1.3 - Caractéristiques des nitrurations

2 - Traitements en milieu liquide. Bains de sels

• 2.1 - Bains non activés
• 2.2 - Bains activés
  Figure 14 - Évolution des teneurs en azote, carbone, oxygène et soufre dans la couche de combinaison après un traitement par le procédé SULFINUZ® pendant 90 min (d’après ) Figure 15 - Effet du soufre sur le domaine de la phase dans le cas d’un traitement par le procédé SURSULF ® (d’après ) Figure 16 - Micrographie d’une couche nitrocarburée
• 2.3 - Mise en œuvre du traitement
  Figure 17 - Schéma de principe du traitement des eaux de lavage d’un atelier de traitement en bains de sels Tableau 1 Tableau 2

3 - Traitements en milieu gazeux

• 3.1 - Nitruration à l’ammoniac
  Figure 18 - Domaines d’existence des phases en relation avec le potentiel nitrurant et la température (d’après ) Figure 19 - Méthode de mesure du taux de dissociation (d’après )
• 3.2 - Nitrocarburation ferritique
  Figure 20 - Effet des additions des gaz CO, CO2 , CH4 , air (O2) dans un mélange 60 % N2 , 40 % NH3 (en volume) sur l’épaisseur de la couche (d’après )
• 3.3 - Nitrocarburation ferrito-austénitique
  Figure 21 - Duretés obtenues sur différents aciers après un traitement de type NITEMPER® (d’après ) Figure 22 - Influence de la température sur la croissance de la couche de combinaison d’un acier non allié à bas carbone (d’après ) Tableau 3
• 3.4 - Mise en œuvre des nitrurations gazeuses

4 - Traitements assistés par plasma ou ioniques

• 4.1 - Principe
  Figure 23 - Décharge luminescente : régions et mécanismes dominants (d’après ) Figure 24 - Courbe tension-intensité avec indication des différents types de décharge : cas de l’argon (d’après )
• 4.2 - Production du plasma
  Figure 25 - Schéma de principe d’un four de nitruration ionique (d’après ) Figure 26 - Phénomène de décharge luminescente
• 4.3 - Mise en œuvre du traitement
  Figure 27 - Différentes conceptions de fours de nitruration ionique (d’après )

5 - Autres procédés en développement

6 - Nitruration et parachèvement oxydant

7 - Matériaux employés

• 7.1 - Influence des éléments d’alliage en nitruration et nitrocarburation
  Figure 30 - Profils de dureté et évolution des concentrations dans le cas d’interactions fortes (d’après ) Figure 31 - Profils de dureté et évolution des concentrations dans le cas d’interactions faibles (d’après ) Figure 32 - Profils de dureté et évolution des concentrations dans le cas d’interactions moyennes (d’après ) Figure 33 - Influence des paramètres relatifs à la composition chimique et aux conditions de traitement sur les profils de dureté des couches nitrurées (d’après ) Tableau 4
• 7.2 - Aciers
  Figure 34 - Structure et mécanismes de formation de la couche nitrurée d’un acier austénitique (cas de nuances 18-10 traitées à 550 oC) (d’après ) Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8
• 7.3 - Fontes
  Tableau 9

8 - Traitements thermiques préalables

• 8.1 - Trempe et revenu
  Figure 35 - Abaque pour la détermination des conditions équivalentes de revenu (d’après ) Figure 36 - Profils de dureté obtenus sur un échantillon (diamètre 40 mm, épaisseur 14 mm) en acier 42 CrMo 4 traité selon deux modalités avant nitruration (d’après )
• 8.2 - État recuit
• 8.3 - Stabilisation et détensionnement

9 - Mise en œuvre

• 9.1 - Préparation de surface
  Tableau 10
• 9.2 - Réserves de nitruration
  Tableau 11
• 9.3 - Nitrurations
  Figure 37 - Cinétique de nitruration ionique (doc. Vide et Traitements Services) Figure 38 - Cinétique de nitruration : cas de traitements en phase gazeuse (d’après ) Figure 39 - Cinétique de nitruration : cas de traitements en bains de sels (d’après ) Figure 40 - Ralentissement de la diffusion de l’azote par les contraintes de compression engendrées par la nitruration
• 9.4 - Parachèvement et traitements complémentaires

10 - Aspects métallographiques des couches obtenues

Tableau 12

11 - Normalisation et spécifications

12 - Propriétés des pièces nitrurées

• 12.1 - Fatigue
• 12.2 - Fatigue superficielle
• 12.3 - Frottement
• 12.4 - Usure par abrasion
• 12.5 - Tenue à chaud
• 12.6 - Corrosion
  Figure 42 - Évolution de la dureté d’une couche nitrurée après maintien à diverses températures

13 - Défauts et déformations

• 13.1 - Contrôle et mise en évidence des défauts
  Tableau 14
• 13.2 - Défauts caractéristiques
  Figure 43 - Illustration de l’effet de coalescence des nitrures et des carbonitrures lors d’une nitrutation ionique (d’après ) Tableau 15
• 13.3 - Déformations

14 - Comparaison des divers procédés