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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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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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Réactions gaz-solide de cémentation des aciers à l'échelle industrielle
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3. Transfert du carbone dans l'état solide
3.1 En phase austénitique homogène
Pour calculer le profil de fraction massique en carbone, il est nécessaire de connaître le flux de carbone transféré à l'interface gaz-solide. Dans le cas de la cémentation par la molécule de CO dans un mélange CO – H2, ce flux est exprimé par la relation suivante :
avec :
- fs :
- (g · mm–2 · s–1) flux de carbone à la surface,
- H :
- (g · mm–2 · s–1) coefficient de transfert de masse,
- Pc :
- (% masse) potentiel carbone exprimé,
- Cs :
- (%) fraction massique superficielle en carbone.
L'équation (28) exprimant le flux de carbone transféré à l'interface gaz-solide rappelle la forme de l'équation (25) mais elle est plus générale car le coefficient de transfert H intègre les étapes relatives au transport en phase gazeuse et à la réaction chimique à la surface du matériau, soient les résistances au transfert R 1 et R 2. Généralement, ce coefficient de transfert,...
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Transfert du carbone dans l'état solide
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Pratique des traitements thermochimiques. Aspects théoriques. Classification.
-
Diagrammes d'équilibre. Alliages binaires.
-
Diagrammes d'équilibre. Alliage ternaires et multiconstitués.
-
Cémentation. Carbonitruration.
ANNEXES
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