Carbonitruration basse pression à haute teneur en austénite résiduelle.
Méthodologie de mise au point du traitement.
À la demande du CETIM, l’IRT-M2P a mis au point un traitement thermochimique de carbonitruration à basse pression pour obtenir au moins 50 % d’austénite résiduelle après trempe sur l’acier 23MnCrMo5. L’objectif de cet article est de décrire la méthodologie développée à l’IRT-M2P pour mettre au point le traitement de carbonitruration basse pression afin d’obtenir une fraction d’austénite résiduelle supérieure à 50 %. La méthodologie repose sur deux approches : une approche expérimentale et une approche simulation afin de limiter le nombre de traitements à réaliser au laboratoire. Cette méthodologie a été développée dans l’optique de l’appliquer à d’autres aciers et limiter ainsi le nombre d’essais expérimentaux. Elle a conduit à la mise au point d’un traitement de carbonitruration basse pression qui a permis
d’obtenir 60 % d’austénite résiduelle sur une profondeur d’environ 100 µm : l’objectif initial de plus de 50 % d’austénite résiduelle a été atteint.
Introduction
L’objectif de cet article est de décrire la méthodologie développée à l’IRT-M2P pour obtenir une haute fraction d’austénite résiduelle à partir d’un traitement thermochimique de carbonitruration à basse pression. Cette étude, demandée par le CETIM, vise à atteindre au moins 50 % d’austénite résiduelle après trempe. L’intérêt d’un tel enrichissement en austénite n’est pas décrit dans cet article, mais dans l’article consécutif [1].
La méthodologie déployée pour mettre au point le traitement de carbonitruration en basse pression repose sur le schéma suivant :
Localisation de l’azote et du carbone en phase austénitique,
Identification expérimentale des flux de matière en carbone et azote,
Prévision des profils de fractions massiques en carbone et en azote en phase austénitique à partir d’un modèle simplifié considérant qu’en première approximation, l’interaction carbone-azote peut être négligée. Résolution de la seconde loi de Fick pour le carbone et l’azote par une méthode numérique par différence finie implicite,
Prévision du profil de fraction d’austénite résiduelle en fonction de la profondeur,
Prévision du profil de dureté en fonction de la profondeur à partir d’un modèle simplifié utilisant la loi des mélanges entre l’austénite résiduelle et la martensite formée.
localisation de l’azote et du carbone en phase austénitique
Pour calculer les profils azote et carbone, la première étape consiste à identifier la localisation des atomes de carbone et d’azote. Du point de vue cristallographique, ces atomes, chacun pris séparément, occupent les sites octaédriques de la structure cubique face centrée de l’austénite. La répartition du carbone et de l’azote présents simultanément dans l’austénite, peut être analysée par une approche thermodynamique : elle permet de cerner le comportement de ces atomes au travers de leur activité.
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