Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les traitements de nitruration et de nitrocarburation ont pour objectif de doter l’alliage métallique d’un gradient de dureté et de contraintes de compression qui améliorent ses résistances à l’usure et à la fatigue. Suite au transfert d’atomes d’azote et de carbone, des couches de combinaison se forment à la surface des aciers. La formation de ces couches peut être décrite à l’aide d’une approche thermodynamique des systèmes binaires (fer-azote) et ternaires (fer-azote-carbone) et de la connaissance des mécanismes de transfert de matière relatifs à la diffusion de l’azote en systèmes polyphasés.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
The aim of nitriding and nitrocarburizing treatments is to provide the metal alloy with a hardness gradient and compressive stresses that improve wear and fatigue resistance. Following the transfer of nitrogen and carbon atoms, compound layers are formed on the surface of steels. The formation of such layers can be described using a thermodynamic approach to binary systems (iron-nitrogen) and ternary systems (iron-carbon-nitrogen) as well as the knowledge of mass transfer mechanisms related to nitrogen diffusion in polyphase systems.
Auteur(s)
-
Michel GANTOIS : Professeur à l’École nationale supérieure des Mines et à l’École européenne d’ingénieurs en Génie de matériaux, Nancy
-
Jacky DULCY : Ingénieur de recherches CNRS - Ingénieur civil des Mines
INTRODUCTION
Les traitements de nitruration et de nitrocarburation ont pour objectif, à partir d’une réaction hétérogène de surface, de transférer dans l’alliage métallique solide des atomes d’azote (nitruration) ou des atomes d’azote et de carbone (nitrocarburation). Bien que ces traitements ne concernent pas que les alliages ferreux, c’est incontestablement pour ceux-ci qu’ils sont le plus généralement mis en œuvre sur de nombreuses nuances d’acier. En effet, grâce à la formation des phases qui accompagnent le transfert de l’azote dans l’acier, on obtient, à partir de la surface, un gradient de dureté et un gradient de contraintes de compression qui permettent d’améliorer, en particulier, les résistances à l’usure et à la fatigue.
Excepté pour le cas des aciers inoxydables austénitiques, les traitements sont réalisés en phase ferritique, c’est-à-dire à des températures comprises entre 380 et 580 °C, cette dernière température étant inférieure d’une dizaine de degrés à celle de la transformation eutectoïde dans le binaire fer-azote.
L’approche théorique des traitements de nitruration et de nitrocarburation est présentée pour les traitements qui mettent en œuvre des réactions hétérogènes gaz-solide (nitruration gazeuse par des mélanges contenant de l’ammoniac) pour lesquelles nous disposons de connaissances :
-
thermodynamiques relatives aux systèmes fer-azote et fer-azote-carbone ;
-
sur les mécanismes de transfert de matière en particulier à l’interface gaz-solide.
Nous expliquerons ici la formation des nitrures et des carbonitrures de fer (couches de combinaison) à partir des systèmes fer-azote et fer-azote-carbone.
Dans le second article, nous aborderons les mécanismes de diffusion/précipitation dans les aciers alliés contenant jusque 5 % de chrome (fraction massique) en vue d’expliquer la formation des précipités nanométriques qui confèrent, par exemple, aux aciers 38CrMoV13 et 32crMoV5 de remarquables propriétés mécaniques de surface.
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Transfert de l’azote dans l’état solide
En anglais
2. Principe de la réaction de nitruration
2.1 Pseudo équilibre hétérogène gaz/solide
Le mécanisme global de transfert d’azote au cours de la réaction de nitruration par la molécule de NH3 est tout à fait identique à celui mis en œuvre au cours du transfert de carbone lors de la réaction de cémentation par la molécule de CO dans un mélange CO–H2, et dépend des résistances de transfert R1 (transport en phase gazeuse vers la surface au travers de la couche limite) et R2 (réaction chimique à la surface) (figure 16 ).
La principale différence, mais dont la conséquence est primordiale, réside dans le fait que la molécule d’ammoniac, dans l’intervalle de température compris entre 400 et 600 °C, à la pression atmosphérique (pression totale P = 1 atm), devrait être complètement dissociée en diazote et dihydrogène (figure 17) si elle était dans des conditions d’équilibre thermodynamique suivant l’équation :
Le taux de dissociation (τ) de la molécule d’ammoniac dans les conditions d’équilibre thermodynamique est calculé à partir de la variation d’énergie de Gibbs standard de la réaction (figure 18, tableau 5).
Hors, l’expérience montre qu’il reste une quantité importante d’ammoniac résiduel dans le four. Cela provient du fait que la décomposition en phase gazeuse de la molécule d’ammoniac...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Principe de la réaction de nitruration
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MITTEMEIJER (E.J.), SOMERS (M.A.J.) - Thermodynamics, kinetics and process control of nitriding - Surface Engineering, Vol. 13, p. 483-497 (1997).
-
(2) - KOOI (B.J.), SOMERS (M.A.J.), MITTEMEIJER (E.J.) - Thermodynamics and long-range order of nitrogen in γ′ − Fe4N1-x - Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 27A, p. 1055-1061 (April 1996).
-
(3) - KOOI (B.J.), SOMERS (M.A.J.), MITTEMEIJER (E.J.) - An evaluation of Fe-N phase diagram considering long-range order of N in γ′ and ε - Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 27A, p. 1063-1071 (1996).
-
(4) - SOMERS (M.A.J.), MITTEMEIJER (E.J.) - Layer growth on gaseous nitriding of pure iron : Evaluation of diffusion coefficient for nitrogen in iron nitride - Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 26A, p. 57-71 (January 1995).
-
(5) - HILLERT (M.), STAFFANSON (I.) - The regular solution model for stoichiometric phases and ionic melts - Acta Chemical Scandinavica, vol. 24, p. 3618-3626.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
