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RÉSUMÉ
Les traitements superficiels ont pour objectif d’augmenter les performances mécaniques des pièces traitées, notamment vis-à-vis de l’usure et de la tenue en fatigue. Le niveau de dureté et le taux de contraintes résiduelles en compression sont les deux paramètres qui en traduisent les effets. Les traitements thermochimiques concernent toutes les familles de procédés qui mettent en œuvre des réactions chimiques en relation avec la température et qui conduisent à une transformation chimique par diffusion de la zone superficielle. Les traitements thermochimiques de diffusion ou cémentation, principalement par le carbone et l’azote sont, avec le durcissement par trempe superficielle, les plus utilisés pour le renforcement des pièces mécaniques en alliages fer-carbone (aciers et fontes).
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Surface treatments aim to increase the mechanical performance of the treated parts, especially in regard to wear and tear. The hardness level and the rate of residual stresses in compression are the two parameters that reflect the effects. Thermochemical treatments concern all the types of processes that implement chemical reactions in relation to temperature and which result in chemical transformation by diffusion of the surface area. Thermochemical diffusion treatment or carburizing, mainly through carbon and nitrogen are, with the hardening surface, most commonly used for the strengthening of mechanical parts in iron-carbon alloys (steels and cast irons).
Auteur(s)
-
Claude LEROUX : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) - Consultant – Ancien directeur de la Sté Bodycote - Président d’honneur de l’A3TS (Association de traitement thermique et traitement de surface)
INTRODUCTION
Les traitements superficiels concernent une vaste famille de procédés dont l’objectif est d’augmenter les performances mécaniques des pièces traitées.
Les traitements thermochimiques de diffusion ou cémentation, principalement par le carbone et l’azote (carburation appelée couramment « cémentation », « carbonitruration », « nitruration », « nitrocarburation »), sont, avec le durcissement par trempe superficielle, les plus utilisés pour le renforcement des pièces mécaniques en alliages fer-carbone (aciers et fontes).
Les traitements thermochimiques concernent cependant toutes les familles de procédés qui conduisent à une transformation chimique par diffusion de la zone superficielle des pièces traitées, la masse est modifiée, mais les dimensions sont inchangées.
Ils se distinguent des procédés :
-
CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ;
-
PVD (dépôt physique en phase vapeur) ;
-
PACVD (dépôt chimique en phase vapeur assistée plasma CVD).
Ceux-ci sont du type dépôt par condensation d’un composé défini, sans modification de la nature chimique de la surface du substrat (à l’exception de la zone nanométrique d’adhérence).
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4. Justification des traitements thermochimiques
Les pièces mécaniques ont besoin d’être résistantes aux différentes sollicitations auxquelles elles sont soumises. Ces sollicitations sont, pour l’essentiel, des contraintes d’ordre mécaniques (contraintes mécaniques statiques ou dynamiques) et environnementales (milieu réactif ambiant) conduisant à différents modes de dégradations intervenant, soit massivement, soit superficiellement.
-
Les dommages résultant des sollicitations localisées en surface vont être évités, ou ralentis, par des modifications de propriétés superficielles apportées, notamment, par les traitements superficiels et les revêtements.
-
Les dommages résultant de sollicitations profondes vont demander des caractéristiques mécaniques suffisamment élevées aux profondeurs concernées.
Toutefois, mêmes pour des sollicitations profondes, l’amorçage ou initiation commence près de la surface et les solutions de durcissement superficiel, associées aux renforcements à cœur, sont souvent un choix performant.
Les tableaux 3 et 4 relient les sollicitations et caractéristiques demandées.
Globalement, les traitements superficiels sont destinés à :
-
obtenir une dureté superficielle élevée sur une certaine profondeur ;
-
concilier résistance superficielle – résistance à cœur – résistance aux chocs par mise en place d’un traitement préalable conférant à l’alliage les caractéristiques recherchées et non affectées par le traitement superficiel final, ou par production de caractéristiques à cœur lors du traitement superficiel lui-même ;
-
mettre la surface en compression ;
-
modifier la nature physico – chimique de la surface.
Le tableau 5 propose une synthèse des propriétés des traitements superficiels de cémentation – carbonitruration, nitruration – nitrocarburation.
-
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Justification des traitements thermochimiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEROUX (C.) - Cémentation par le carbone et carbonitruration – Procédés - [M 1 225] (2011).
-
(2) - LEROUX (C.) - Cémentation par le carbone et carbonitruration – Mise en œuvre des traitements - [M 1 226] (2011).
-
(3) - GANTOIS (M.), DULCY (J.) - Théories des traitements thermochimiques – Nitruration – Nitrocarburation – Systèmes binaires et ternaires fer – azote et fer – azote – carbone – Couche de combinaison - [M 1 224] (2010).
-
(4) - GANTOIS (M.), DULCY (J.) - Théorie des traitements thermochimiques – Cémentation – Carburation - [M 1 222] (2007).
-
(5) - THOMAS (B.), SCHMITT (J.H.) - Durcissement des aciers – Mécanismes - [M 4 340] (2002).
-
(6) - THOMAS (B.), SCHMITT (J.H.) - Durcissement...
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