cémentation
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Principe
La cémentation est un traitement superficiel qui comprend une phase d’enrichissement en carbone (0,6 à 0,9%) de la surface d’un acier contenant initialement peu de cet élément (environ 0,2%) et une phase de durcissement par trempe.
La température de traitement est généralement comprise entre 900 et 1050°C. La durée du maintien varie entre 1 heure et plusieurs jours.
Le milieu de cémentation peut être constitué :
D’un solide comme le charbon de bois ou l’acétate de sodium ou de baryum qui n’est utilisé que pour le traitement de très grosses pièces.
D’un mélange de gaz à pression atmosphérique (cémentation gazeuse) ou à pression réduite (cémentation basse pression)
La trempe s’effectue à l’huile, dans un mélange d’eau et de polymères ou sous gaz surpressé (jusqu’à 20 bars). Un revenu de détente est généralement pratiqué après trempe pour limiter les risques de fragilité.
Les aciers utilisés sont par exemple l’acier 16MnCr5 ou l’acier 18CrMo4 avec généralement une trempe à l’huile. Des aciers contenant du nickel comme l’acier 18CrNiMo7-6 sont compatibles avec la trempe au gaz surpressé.
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 évolue peu ce qui permet de conserver une tenue au choc intéressante ;
Les contraintes résiduelles en surface sont en compression comprises entre -100 et -250MPa ce qui augmente la résistance à la fatigue mécanique ;
La profondeur de traitement visée varie entre 0,4 et 2,5mm dans les cas courants ;
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 cémentation 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 cémentation basse pression ;
Les déformations après traitement sont d’autant plus importantes que les cycles sont réalisés à haute température pendant une durée élevée. Les déformations peuvent être réduites par trempe au gaz. Suivant les précisions géométriques requises, les déformations sont éliminées par rectification ou usinage ;
Un grossissement du grain préjudiciable à la tenue au choc peut survenir lorsque les maintiens à haute température sont de durée importante ;
La présence d’austénite résiduelle après trempe (entre 10 et 25%) doit être maitrisée car celle-ci n’est pas stable et peut 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. Un traitement cryogénique peut réduire la teneur en austénite résiduelle.
Applications :
Roues dentées, pignons et arbres de transmissions ;
Cages de roulement ;
Pièces mécaniques d’usage général résistantes à l’abrasion et pouvant supporter des chocs.