La cémentation 

 

 

 

 

 

 

 

 


La cémentation est un traitement thermochimique de diffusion ayant pour but l’enrichissement en carbone d’une zone superficielle de la pièce à traiter. On obtient cet enrichissement par mise en contact avec un milieu carburant pulvérulent ( en forme de poudre ), pâteux, liquide ou gazeux.

 

L’opération de diffusion est suivie d’une opération de trempe afin d’obtenir de la martensite en surface améliorant ainsi la dureté ( 700 à 900 HV ), mais aussi la tenue en fatigue en raison des contraintes de compression dans la zone traitée.

 

 

I)                   Etape d’enrichissement en carbone :

 

On crée une couche superficielle plus ou moins enrichie en carbone ( 0,1 à 0,2% au départ ) avec des teneurs finales de 0,7 à 1,2% de carbone en général.

 

Deux phénomènes interviennent :

-         Une réaction chimique qui fournit du carbone à la surface de la pièce.

-         Un processus de diffusion dans la zone superficielle, de la surface vers l’intérieur.

 

Le carbone étant bien plus soluble en phase austénitique qu’en phase ferritique, de plus la diffusion étant facilitée par la température, le traitement à lieu vers 900 à 950°C avec des temps de maintien de plusieurs heures.

Une température plus élevée risquerait de provoquer un grossissement des grains d’austénite.

 

1)      Cémentation en caisse :

 

Le principe consiste à noyer les pièces dans un cément solide à base de charbon de bois. Ce cément est pulvérisé ou granulé et additionné d’adjuvants. ( 20 à 40% de carbonate de Baryum dans le cément de Caron ).

Dans ce procédé ancien, il est courant de cémenter vers 950°C.

 

2)      Cémentation en bains de sels :

 

Les pièces sont immergées dans un bain de sels fondus maintenu à la température choisie pour la réaction chimique et la diffusion. L’agent de carburation a pour base le groupe des cyanures alcalins. Le traitement s’effectue de 700 à 900°C.

 

3)      Cémentation gazeuse :

 

L’atmosphère des fours est constituée par un gaz porteur auquel sont ajoutés du méthane ( CH4 ) ou du propane ( C3H8 ).

Les additions d’hydrocarbures au gaz porteur dépendent du besoin en carbone de la charge.

 

Le gaz porteur est souvent produit par un générateur endothermique. Par exemple, à partir d’un mélange d’un volume de méthane pour 2,4 volumes d’air, on obtient un gaz constitué de 20% de CO, 40% de H2 et des quantités minimes de CH4,CO2 et H2O, les deux dernières étant éliminées avant introduction dans le four pour obtenir un gaz réducteur.

 

Les deux réactions de production de carbone sont :

 

2 CO Û CO2 + C

CH4 Û 2 H2 + C

 

Pour le propane : C3H8 ® CH4 ( méthane ) + C2H4 ( éthylène )

 

II)                traitements thermiques après cémentation :

 

Le durcissement de la couche cémentée s’obtient par trempe, en général à l’huile. Après trempe, les pièces peuvent subir un revenu de détente vers 150° à 190° pour augmenter la ténacité de la couche superficielle par relaxation partielle des contraintes.

 

En plus de la martensite, la couche superficielle peut comprendre :

 

-         de l’austénite résiduelle ( très défavorable à la dureté mais bonne pour la résistance à la fatigue en flexion )

-         de la bainite et de la perlite dont la présence est essentiellement liée au phénomène d’oxydation interne.

-         des carbures en nodules ou en réseau qui diminuent la résistance à la fatigue en flexion.