Article de référence | Réf : RE287 v1

Traitement de vieillissement après carbonitrurations profondes surenrichies à l’azote

Auteur(s) : Alexandre FLEURENTIN

Date de publication : 10 févr. 2021

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RÉSUMÉ

Cet article décrit l’intérêt des carbonitrurations surenrichies à l’azote en détaillant les mécanismes métallurgiques ayant lieu durant le revenu qui suit ce nouveau traitement thermochimique. Il est mis en évidence l’impact de l’azote sur la résistance à l’adoucissement de la dureté au revenu, sur la stabilité de l’austénite résiduelle, la désaturation de la martensite et sur la genèse de contraintes résiduelles de compression plus élevées et plus stables qu’en cémentation ou en carbonitruration traditionnelle.

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ABSTRACT

Hardened Temper effect after deep carbonitridings with high nitrogen content

The goal of this article is to describe the metallurgical mechanisms during the tempering operation of carbonitrided parts with high nitrogen. We are going to present the impact of nitrogen on the stability of residual austenite, the martensite desaturation, the temper resistance… The hardness and the compressive residual stresses profiles after tempering are always higher than the values obtained with case carburizing or standard carbonitriding.

Auteur(s)

  • Alexandre FLEURENTIN : Expert judiciaire près de la Cour d’appel de Paris - METALLO CORNER Conseils, Paris, France

INTRODUCTION

La carbonitruration « High Nitrogen », riche en azote, est caractérisée par :

– un pourcentage en azote surfacique supérieur à 0,4 %,

– une profondeur d’enrichissement pouvant dépasser les 600 µm,

– une austénite résiduelle et une martensite riche en azote.

Ce nouveau traitement thermochimique permet de répondre à deux enjeux techniques intimement liés : la réduction de la taille des pièces en vue de diminuer la masse des pièces embarquées (downsizing) et l’augmentation des contraintes appliquées. Ces points peuvent tous deux aboutir à une élévation de la température du système et dégrader les caractéristiques mécaniques des produits si la température atteinte dépasse celle fixée au revenu. Nous verrons, dans cet article, que ce traitement peut également être utilisé dans le cas de traitements duplex par PVD (dépôt physique en phase vapeur) ou par PACVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté plasma), où le substrat peut être chauffé au-dessus des températures de revenu de détente.

Dans l’article introductif [RE 280] « Carbonitrurations profondes surenrichies à l’azote », nous avons pu constater que l’allure du profil de dureté varie de façon importante en fonction :

– de la quantité de carbone et d’azote absorbés,

– des éléments d’addition contenus dans les aciers traités.

Par conséquent, le choix de l’acier, la sélection de l’atmosphère de travail (potentiel carbone et potentiel nitrurant) et la profondeur de rectification sont des critères primordiaux si l’on souhaite optimiser la tenue en fatigue de pièces mécaniques par le biais de carbonitrurations surenrichies à l’azote.

Cet article associé aux nouvelles carbonitrurations a pour objectif de poursuivre l’analyse en s’intéressant aux phénomènes métallurgiques qui surviennent, lorsqu’on élève la température d’une pièce carbonitrurée avec plus ou moins d’azote absorbé : lors du revenu, durant la réalisation d’un revêtement type PVD ou PECVD, ou en service principalement dans le cas de produits sollicités en fatigue de contact. Pour illustrer cette réflexion, il est important de s’intéresser à l’évolution des profils de dureté, des contraintes résiduelles (estimées par diffraction des rayons X (DRX)) et de la teneur en austénite résiduelle (mesurée par DRX) pour différents aciers de construction plus ou moins alliés, cémentés ou carbonitrurés avec des potentiels nitrurants différents (Carbo HN et Carbo HN + avec KN HN < KN HN+). Ces résultats permettront d’acquérir une meilleure compréhension de la carbonitruration surenrichie à l’azote et du comportement des pièces renforcées par ce type de traitement thermochimique, qui trouve une réelle place entre une cémentation et une nitruration/nitrocarburation tant au niveau des performances en fatigue qu’au niveau économique.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles et des symboles utilisés.

Points clés

Domaine : Traitement thermochimique

Degré de diffusion de la technologie : Croissance

Technologies impliquées : Fabrication engrenages, transmissions, roulements

Domaines d’application : Automobile, Aéronautique

Principaux acteurs français :

  • Centres de compétence : IRT M2P, Institut Jean Lamoure

  • Industriels : HACER, United Process Controls, SNR NTN, Métallo Corner Conseils

Contact : [email protected]

http://www.metallocorner.fr

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KEYWORDS

carbonitriding   |   residual stresses   |   residual austenite   |   precipitation hardened

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re287


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KEIJI (Y.), TATSUYUKI (S.), SHINJI (T.), DOWA (T.) -   *  -  . – Technique de grenaillage de précontrainte (2007).

  • (2) - FLEURENTIN (A.), THOQUENNE (G.) -   Amélioration de la tenue à la fatigue de contact des engrenages par l'optimisation des paramètres de traitement Thermique de carbonitruration.  -  31ème journées de printemps de la SF2M – Fatigue de contact (2012).

  • (3) - DAL’MAZ SILVA (W.), DULCY (J.), GHANBAJA (J.), DEDJAÏMIA (A.), MICHEL (G.), THIBAULT (S.), BELMONTE (T.) -   Carbonitridring of low alloy steels : mechanical and metallurgical reponses.  -  Materials Science & Engineering A 693 (2017).

  • (4) - CATTEAU (S.) -   Effets du carbone et de l’azote sur les cinétiques de décompositon de l’austénite dans un acier faiblement allié : étude expérimentale et modélisation.  -  Thèse Université de Lorraine (2018).

  • (5) - DAL’MAZ (W.) -   Mise au point de la carbonitruration gazeuse des alliages 16NiCrMo1 et 23MnCrMo5 :...

1 Évènements

Salon SVTM du vide et des traitements des matériaux, a lieu tous les ans en France.

http://www.a3ts.org et www.svtm.eu

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2 Annuaire

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2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Hacer STTS, ZI des Lanches, Rue des Cyprès, 74300 THYEZ

United Process Controls GmbH, Dürnauer Weg 30, 73092 Heiningen, Germany

Process electronic, ZI des Tilleroyes, 20 rue Thomas Edison, 25000 Besançon

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2.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

A3TS – Association de traitement thermique et de traitement de surface

http://www.a3ts.org

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