Carbonitruration
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Principe
La carbonitruration est un traitement superficiel dérivé de la cémentation qui comprend une phase d’enrichissement en carbone et en azote de la surface et une phase de durcissement par trempe. L’intérêt de la présence de l’azote réside dans l’augmentation des cinétiques de traitement pour des traitements de faible profondeur. L’azote permet d’autre part de stabiliser l’austénite résiduelle.
La température de traitement est généralement comprise entre 850 et 950°C. La durée du maintien varie entre 1 et 10 heures.
Le milieu de carbonitruration peut être constitué d’un mélange de gaz à pression atmosphérique (carbonitruration gazeuse) ou à pression réduite (carbonitruration basse pression)
La trempe s’effectue à l’huile, dans un mélange d’eau et de polymères ou sous gaz surpressé. Un revenu de détente est généralement pratiqué après trempe pour limiter les risques de fragilité.
Les aciers utilisés sont par exemple l’acier 27MnCr5, l’acier 27CrMo4 ou le 23MnCrMo5 pour les applications automobiles. Des aciers de construction comme l’acier 34CrMo4 sont parfois carbonitrurés.
Caractéristiques habituelles du traitement
La dureté superficielle est comprise entre 58 à 65 HRC ce qui augmente la résistance à l’usure par abrasion ;
La dureté du cœur dépend du choix du matériau traité ;
Les contraintes résiduelles en surface sont en compression, comprises entre -150 et -450MPa ce qui augmente la résistance à la fatigue mécanique. Cette valeur peut dépasser -700MPa après grenaillage de précontrainte ;
La profondeur de traitement visée varie entre 0,1 et 0,5mm dans les cas courants. Dans le cas des pièces de transmission automobile, des profondeurs supérieures à 0,7mm sont parfois recherchées ;
La résistance à la fatigue superficielle est fortement augmentée car la zone superficielle sollicitée présente une limite d’élasticité élevée ;
Une oxydation interne apparaissant après carbonitruration gazeuse diminue la résistance à la fatigue mécanique. Une retouche par rectification ou usinage est alors nécessaire pour optimiser les propriétés. Cette oxydation interne ne se forme pas lors de traitements de carbonitruration basse pression ;
Les déformations et le grossissement du grain après traitement sont moins importants qu’après cémentation car les maintiens à température élevés sont plus courts ;
La teneur en austénite résiduelle après trempe est plus importante qu’après cémentation (entre 15 et 50%). La stabilité de l’austénite est améliorée grâce à l’ajout d’azote, mais elle peut cependant en partie se retransformer sous l’action d’une montée à température au-delà de 200°C, d’une déformation plastique ou d’un maintien à température négative.
Applications
Roues dentées, pignons et arbres de transmissions automobiles
Pièces de fixation
Pièces mécaniques d’usage générale résistante à l’abrasion