Transcript Choix d`un acier de cémentation

Choix d’un acier de cémentation
Choix d’un acier de cémentation
Généralités
Acier à bas carbone pour:
 Avoir de bonnes caractéristiques de
ténacité à cœur.
 Bonnes propriétés de surface grâce à
l’apport interstitiel au cour du traitement.
Choix d’un acier de cémentation
Généralités
Généralement
Carbonitruration:
%C [0,2 ; 0,4]
Cémentation:
%C ≤ 0,2%
Influence des éléments d’alliage sur
les teneurs superficielles en carbone
et en azote
choix d’un acier de cémentation.
Influence des éléments d’alliage.
Influence des éléments d’alliages sur la teneur en carbone.
In (C/Co) = - 0,055 Si% + 0,013 Mn% + 0,040 Cr% – 0,014 Ni% + 0,013 Mo%
C : potentiel carbone
Co : teneur initiale en carbone de l’acier.
Influence des éléments d’alliages sur la teneur en azote.
In (N) = In (N0) + 0,1 Mn% + 0,15 Cr% + 0,05 Mo%
N : potentiel azote
N0 : teneur superficielle en azote de l’acier.
Influence de la composition chimique
des aciers sur la structure de la
couche traitée.
Contrôle de l’austénite résiduelle
Choix d’un acier de cémentation.
Contrôle de l’austénite résiduelle.
La formule de Koïstinen et Marburger, montre que la
présence de l’austénite peut être reliée au point Ms de la
nuance:
Ms = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo%
Pour C ≤ 0.60%
Ms’ = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo%
- 330 N%
Influence de la composition chimique
de la nuance sur
l’épaisseur de traitement
Choix d’un acier de cémentation.
Influence sur l’épaisseur de traitement.
L’épaisseur cémentée est par définition appréciée à
l’aide d’une mesure de dureté. La nuance de l’acier
influe sur l’épaisseur de traitement par l’intermédiaire de
sa trempabilité.
Pièce de petites dimensions:
Nuance de l’acier influe peu
Pièce de grandes dimensions:
Nuance influe fortement
Influence de la composition chimique
de la nuance sur
la dureté des couches cémentées
ou carbonitrurées.
Choix d’un acier de cémentation.
Influence sur la dureté des couches.
Profils carbone NECESSAIRE
pour différents aciers de
cémentation pour obtenir une
profondeur de cémentation de
1,2mm (dureté conventionnelle
: 52.5 HRC).
Diamètre de la pièce 60 mm.
Choix d’un acier de cémentation.
Influence sur la dureté des couches.
Propriétés des pièces cémentées ou
carbonitrurées.
Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.
Généralités.
Couche superficielle de dureté élevée: 700Hv ou +
Cœur de dureté beaucoup plus faible: 400Hv
Epaisseur de traitement pouvant aller de 0,1 à plusieurs mm.
Hautes caractéristiques de résistance à la fatigue et au roulement.
 Bonnes propriétés dans l’ensemble qui en fait un
traitement fréquemment utilisés dans l’industrie.
Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.
Généralités.
Comportement des structures
obtenues vis-à-vis des
sollicitations de service
Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.
Comportement des structures.
Fatigue.
La microstructure optimale doit présentée:
Austénite résiduelle : Уr ≤ 25 à 30% baisse de la limite de fatigue
de 10% pour la cémentation (moins sensible pour la
carbonitruration).
Epaisseur d’oxydation: (perlite bainite) ≤ 6 – 10 μm.
Résistance à cœur: 1050 – 1250 Mpa (cémentation)
1300 – 1500 Mpa (carbonitruration).
Rapport épaisseur de cémentation/épaisseur pièce de 7% environ
pour les petites pièces (12 à 15 mm).
Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.
Comportement des structures.
Fatigue superficielle (roulement)
On préconise une épaisseur de traitement double de la profondeur
de cisaillement maximale dû aux contraintes de Hertz.
Il semble qu’une résistance à cœur de 850 à 1150 Mpa soit
légèrement favorable.
Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.
Comportement des structures.
Usure
C’est la couche cémentée durcit qui résiste à l’usure.
De ce fait il est nécessaire d’avoir une épaisseur de traitement
supérieure à l’épaisseur d’usure tolérée.
Défauts et déformations.
Défauts et déformation.
Comportement des structures.
Contrôles en atelier
Contrôles en laboratoire
Défauts et déformation.
Comportement des structures.
Pellicule détachable.
Couche d’oxydation
Points doux.
Zone de dureté plus faible
Décarburation.
Surface appauvrie en carbone par rapport au sous couche
Défauts et déformation.
Comportement des structures.
Anomalie / défauts de trempe.
Faible dureté superficielle
Austénite résiduelle.
Baisse de la dureté superficielle et altération dimensionnelle
Oxydation interne.
Diffusion d’oxygène en surface sur quelque centièmes
Défauts et déformation.
Comportement des structures.
Porosités de carbonitruration.
Création de poche d’azote moléculaire
Carbures en réseaux ou nodules.
Sursaturation de l’austénite en carbone
Déformations.
Conclusion.
Cémentation
Conclusion.
Cémentation.
Traitement le plus classique:
 Apport de carbone dans la surface de la pièce, suivit
d’un durcissement par trempe.
 Pièce maintenue en contacte avec un corps (solide,
liquide ou gazeux) riche en carbone.
Conclusion.
Cémentation.
Dureté atteinte: 800 à 850 HV.
Epaisseur possible du traitement : de 0,1 à plusieurs mm.
Acier utilisés: XC10 , 16 NC6 , 18 CD4…
Inconvénients: Les pièces traitées ont tendance à se
déformer et à gauchir.
Procédés dérivés :
Shérardisation (apport de Zinc protégeant de la corrosion).
Calorisation (apport d’aluminium, utilisé en décoration)…
Carbonitruration
Conclusion.
Carbonitruration.
Traitement semblable à la cémentation:
 Apport en surface de la pièce de carbone
et d’azote, suivit d’un durcissement par
trempe(pas nécessaire).
Conclusion.
Carbonitruration.
Dureté atteinte: 900 à 950HV.
Epaisseur possible du traitement : de 0,1 à plusieurs mm.
Acier utilisés: 30 CAD 6 -12 , 30 CD 12 …
Inconvénients: Les pièces traitées ont tendance à se
déformer et à gauchir.
Prix plus important que pour la cémentation
Procédés dérivés :
Cyanuration (Carbone remplacé par du cyanure).
Sulfocarbonitruration (apport de souffre et de carbone)…