9 - Choix d’un acier de 9 - Choix d’un acier de cémentationcémentation

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation

9.1 Généralités9.1 Généralités

Acier à bas carbone pour:Acier à bas carbone pour:

Avoir de bonnes caractéristiques de Avoir de bonnes caractéristiques de ténacité à cœur.ténacité à cœur.

Bonnes propriétés de surface grâce à Bonnes propriétés de surface grâce à l’apport interstitiel au cour du traitement.l’apport interstitiel au cour du traitement.

GénéralementGénéralement

Carbonitruration:Carbonitruration:

%C [0,2 ; 0,4]%C [0,2 ; 0,4]

Cémentation:Cémentation:

%C %C ≤ 0,2%≤ 0,2%

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation

9.1 Généralités9.1 Généralités

9.2 -9.2 - Influence des éléments d’alliage surInfluence des éléments d’alliage sur les teneurs superficielles en carbone les teneurs superficielles en carbone

et en azote et en azote

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.2 Influence des éléments d’alliage.9.2 Influence des éléments d’alliage.

Influence des éléments d’alliages sur la teneur en carbone.Influence des éléments d’alliages sur la teneur en carbone.

In (In (CC//CCo) = - 0,055 Si% + 0,013 Mn% + 0,040 Cr% – 0,014 Ni% + 0,013 Mo%o) = - 0,055 Si% + 0,013 Mn% + 0,040 Cr% – 0,014 Ni% + 0,013 Mo% C : C : potentiel carbonepotentiel carbone

CCo : teneur initiale en carbone de l’acier.o : teneur initiale en carbone de l’acier.

Influence des éléments d’alliages sur la teneur en azote.Influence des éléments d’alliages sur la teneur en azote.

In (In (N)N) = In ( = In (NN0) + 0,1 Mn% + 0,15 Cr% + 0,05 Mo%0) + 0,1 Mn% + 0,15 Cr% + 0,05 Mo% N : N : potentiel azote potentiel azote

NN0 : teneur superficielle en azote de l’acier.0 : teneur superficielle en azote de l’acier.

9.3-9.3- Influence de la composition chimiqueInfluence de la composition chimique

des aciers sur la structure de lades aciers sur la structure de la

couche traitée.couche traitée.

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.3 Influence des éléments d’alliage.9.3 Influence des éléments d’alliage.

Acm = 4 798,6/ In[(100 – 19,6 Acm = 4 798,6/ In[(100 – 19,6 CC)/((100 + )/((100 + uu) ) CC)])]

Acm(°C) :température à laquelle la cémentite d’un acier Acm(°C) :température à laquelle la cémentite d’un acier

hypereutectoïde achève de se dissoudre hypereutectoïde achève de se dissoudre

9.4-9.4- Contrôle de l’austénite résiduelleContrôle de l’austénite résiduelle

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.4 Contrôle de l’austénite résiduelle.9.4 Contrôle de l’austénite résiduelle.

La formule de Koïstinen et Marburger, montre que la La formule de Koïstinen et Marburger, montre que la présence de l’austénite peut être reliée au point Ms de la présence de l’austénite peut être reliée au point Ms de la nuance:nuance:

Ms = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo% Ms = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo%

- 330 N%- 330 N%

Pour C Pour C ≤ 0.60%≤ 0.60%

Ms’ = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo% Ms’ = 539 – 423 C% – 30,4 Mn% – 17,7 Ni% – 12,1 Cr% – 7,5 Mo%

9.5-9.5- Influence de la composition chimiqueInfluence de la composition chimique

de la nuance surde la nuance sur

l’épaisseur de traitementl’épaisseur de traitement

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.5 Influence sur l’épaisseur de traitement.9.5 Influence sur l’épaisseur de traitement.

L’épaisseur cémentée est par définition appréciée à L’épaisseur cémentée est par définition appréciée à l’aide d’une mesure de dureté. La nuance de l’acier l’aide d’une mesure de dureté. La nuance de l’acier influe sur l’épaisseur de traitement par l’intermédiaire de influe sur l’épaisseur de traitement par l’intermédiaire de sa trempabilité.sa trempabilité.

Pièce de petites dimensions:Pièce de petites dimensions:

Nuance de l’acier influe peuNuance de l’acier influe peu

Pièce de grandes dimensions:Pièce de grandes dimensions:

Nuance influe fortementNuance influe fortement

9.6 -9.6 - Influence de la composition chimiqueInfluence de la composition chimique

de la nuance surde la nuance sur

la dureté des couches cémentéesla dureté des couches cémentées

ou carbonitrurées.ou carbonitrurées.

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.6 Influence sur la dureté des couches.9.6 Influence sur la dureté des couches.

Profils carbone NECESSAIRE Profils carbone NECESSAIRE pour différents aciers de pour différents aciers de cémentation pour obtenir une cémentation pour obtenir une profondeur de cémentation de profondeur de cémentation de 1,2mm (52.5 HRC).1,2mm (52.5 HRC).Diamètre de la pièce 60 mm.Diamètre de la pièce 60 mm.

9- Choix d’un acier de cémentation9- Choix d’un acier de cémentation..

9.6 Influence sur la dureté des couches.9.6 Influence sur la dureté des couches.

10 – Propriétés des pièces 10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.cémentées ou carbonitrurées.

10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.

10. 1 Généralités.10. 1 Généralités.

Couche superficielle de dureté élevée: 700Hv ou +Couche superficielle de dureté élevée: 700Hv ou +

Cœur de dureté beaucoup plus faible: 400HvCœur de dureté beaucoup plus faible: 400Hv

Epaisseur de traitement pouvant aller de 0,1 à plusieurs mm.Epaisseur de traitement pouvant aller de 0,1 à plusieurs mm.

Hautes caractéristiques de résistance à la fatigue et au roulement.Hautes caractéristiques de résistance à la fatigue et au roulement.

Bonnes propriétés dans l’ensemble qui en fait un Bonnes propriétés dans l’ensemble qui en fait un traitement fréquemment utilisés dans l’industrie.traitement fréquemment utilisés dans l’industrie.

10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.

10. 1 Généralités.10. 1 Généralités.

10 . 2 -10 . 2 - Comportement des structuresComportement des structures

obtenues vis-à-vis des obtenues vis-à-vis des

sollicitations de services sollicitations de services

10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.

10. 2 Comportement des structures.10. 2 Comportement des structures.

Fatigue.Fatigue.La microstructure doit présentée:La microstructure doit présentée:

Austénite résiduelleAusténite résiduelle : : УУr r ≤ 25 à 30% baisse de la limite de fatigue ≤ 25 à 30% baisse de la limite de fatigue de 10% pour la cémentation (moins sensible pour la de 10% pour la cémentation (moins sensible pour la carbonitruration).carbonitruration).

Epaisseur d’oxydation:Epaisseur d’oxydation: (perlite bainite) ≤ 6 – 10 (perlite bainite) ≤ 6 – 10 μμm.m.

Résistance à cœurRésistance à cœur: 1050 – 1250 Mpa (cémentation): 1050 – 1250 Mpa (cémentation)1300 – 1500 Mpa (carbonitruration).1300 – 1500 Mpa (carbonitruration).

Rapport épaisseur de cémentation/épaisseur pièceRapport épaisseur de cémentation/épaisseur pièce de 7% environ de 7% environ pour les petites pièces (12 à 15 mm).pour les petites pièces (12 à 15 mm).

10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.

10. 2 Comportement des structures.10. 2 Comportement des structures.

Fatigue superficielle (roulement)Fatigue superficielle (roulement)

On préconise une épaisseur de traitement double de la profondeur On préconise une épaisseur de traitement double de la profondeur de cisaillement maximale dû aux contraintes de Hertz.de cisaillement maximale dû aux contraintes de Hertz.

Il semble qu’une résistance à cœur de 850 à 1150 Mpa soit Il semble qu’une résistance à cœur de 850 à 1150 Mpa soit légèrement favorable.légèrement favorable.

10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.10 – Propriétés des pièces cémentées ou carbonitrurées.

10. 2 Comportement des structures.10. 2 Comportement des structures.

UsureUsure

C’est la couche cémentée durcit qui résiste à l’usure.C’est la couche cémentée durcit qui résiste à l’usure.

De ce fait il est nécessaire d’avoir une épaisseur de traitement De ce fait il est nécessaire d’avoir une épaisseur de traitement supérieure à l’épaisseur d’usure tolérée.supérieure à l’épaisseur d’usure tolérée.

Propriétés mécanique de Propriétés mécanique de couches carbonitruréescouches carbonitrurées

Propriétés mécanique Propriétés mécanique de couches cémentéesde couches cémentées

11- Défauts et déformations11- Défauts et déformations..

12- Conclusion12- Conclusion..

12 . 1 - Cémentation12 . 1 - Cémentation

12 – Conclusion.12 – Conclusion.

1 . Cémentation.1 . Cémentation.

Traitement le plus classique:Traitement le plus classique:

Apport de carbone dans la surface de la pièce, suivit Apport de carbone dans la surface de la pièce, suivit d’un durcissement par trempe.d’un durcissement par trempe.

Pièce maintenue en contacte avec un corps (solide, Pièce maintenue en contacte avec un corps (solide, liquide ou gazeux) riche en carbone.liquide ou gazeux) riche en carbone.

12 – Conclusion.12 – Conclusion.

1 . Cémentation.1 . Cémentation.

Procédés dérivésProcédés dérivés : :

Shérardisation (apport de Zinc protégeant de la corrosion).Shérardisation (apport de Zinc protégeant de la corrosion).

Calorisation (apport d’aluminium, utilisé en décoration)…Calorisation (apport d’aluminium, utilisé en décoration)…

Epaisseur possible du traitementEpaisseur possible du traitement : de 0,1 à plusieurs mm. : de 0,1 à plusieurs mm.

Acier utilisésAcier utilisés: XC10 , 16 NC6 , 18 CD4…: XC10 , 16 NC6 , 18 CD4…

Inconvénients:Inconvénients: Les pièces traitées ont tendance à se Les pièces traitées ont tendance à se déformer déformer et à gauchir.et à gauchir.

Dureté atteinte:Dureté atteinte: 800 à 850 HV. 800 à 850 HV.

12 . 2 - Carbonitruration12 . 2 - Carbonitruration

12 – Conclusion.12 – Conclusion.

2 . Carbonitruration.2 . Carbonitruration.

Traitement semblable à la cémentation:Traitement semblable à la cémentation:

Apport en surface de la pièce de carbone Apport en surface de la pièce de carbone et d’azote, suivit d’un durcissement par et d’azote, suivit d’un durcissement par trempe(pas nécessaire).trempe(pas nécessaire).

12 – Conclusion.12 – Conclusion.

2 . Carbonitruration.2 . Carbonitruration.

Dureté atteinte:Dureté atteinte: 900 à 950HV. 900 à 950HV.

Epaisseur possible du traitementEpaisseur possible du traitement : de 0,1 à plusieurs mm. : de 0,1 à plusieurs mm.

Acier utilisésAcier utilisés: 30 CAD 6-12 , 30 CD 12 …: 30 CAD 6-12 , 30 CD 12 …

Inconvénients: Inconvénients: Les pièces traitées ont tendance à se Les pièces traitées ont tendance à se déformer et à gauchir. déformer et à gauchir.

Prix plus important que pour la cémentationPrix plus important que pour la cémentation

Procédés dérivésProcédés dérivés : :

Cyanuration (Carbone remplacé par du cyanure).Cyanuration (Carbone remplacé par du cyanure).

Sulfocarbonitruration (apport de souffre et de carbone)…Sulfocarbonitruration (apport de souffre et de carbone)…