Fatigue de contact et élévation de la température des surfaces antagonistes
Traitement de vieillissement après carbonitrurations profondes surenrichies à l’azote

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.