Carbonitruration des aciers faiblement alliés : réponses à la trempe et au revenu
Les réponses mécanique et métallurgique de deux aciers faiblement alliés à l’introduction de carbone et d’azote ont été étudiées. Pour cela, des traitements de carbonitruration, de cémentation et de nitruration austénitique à pression atmosphérique ont été réalisés à une température de 1173 K en employant des atmosphères à base de CO + H2 et/ou NH3. Le logiciel Thermo-Calc [AND02] a permis d’estimer la quantité d’azote en solution solide dans l’austénite juste avant la trempe. L’azote en solution est considéré comme complétant le carbone dans l’établissement de la dureté après trempe. Les résultats montrent un bon accord avec le modèle de Norstrom [NOR76] qui prédit une relation linéaire entre la racine carrée de la fraction atomique des interstitiels et la micro-dureté Vickers mesurée. Après revenu, la nitruration austénitique seule réussit à établir en surface un niveau de dureté équivalent à celui d’un état trempé. Cela est attribué à une précipitation secondaire au-dessus d’une certaine température critique située entre 453 K et 573 K.
tableau 2 : Durées étapes d’enrichissement des traitements de 1 - cémentation, 2 - nitruration et 3 – carbonitruration.
figure 2 : Simulation des teneurs en chrome et molybdène en solution solide dans
l’austénite à 1173 K en fonction de la teneur en azote dans les matériaux. Thermo-Calc, base de données TCFE7.
figure 3 : Simulation de la teneur en azote dans l’austénite et de la fraction massique des précipités du type MN à 1173 K en fonction de la teneur totale en azote dans les matériaux. Thermo-Calc, base de données TCFE7.
figure 4 : Profils de diffusion du carbone et de l’azote après 1 - cémentation, 2 - nitruration et 3 - carbonitruration. Les éléments sont identifiés par leurs symboles atomiques.
Figure 5 : Profils de diffusion simulés comparés aux profils en carbone et azote obtenus lors de la cémentation et nitruration des alliages étudiés. Dans la figure 1 - résultats expérimentales,
2 - diffusion en système monophasé, 3 - solution en employant la méthode de Crank-Nicolson et 4 - diffusion/homogénéisation en système dispersé. Les éléments sont identifiés par leurs symboles atomiques.
figure 6 : Dureté après trempe huile (T) et traitement cryogénique (C) après 1 - cémentation et 2 - carbonitruration. <<Lit>> désigne la dureté estimée à partir des données de Grange et collab.
figure 7 : Dureté après trempe huile (T) et traitement cryogénique (C) en termes de la racine carrée de la somme des fractions molaires en carbone et azote en solution solide juste avant trempe. Les données d’entrée pour l’azote sont issues de simulations à l’aide de Thermo-Calc.
figure 8 : Dureté après traitement cryogénique (C) et le même traitement suivi de revenu à 453 K (R1) et à 573 K (R2) après 1 - cémentation et 2 – carbonitruration.
figure 9 : Dureté après trempe huile (T) et le même traitement suivi de revenu à 453 K (R1), à 573 K (R2) et à 673 K (R3) après nitruration.
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