La nitruration conduit à l’obtention d’un durcissement superficiel par diffusion d’azote en général sans traitement thermique consécutif.
L’agent nitrurant peut être :
- Liquide ( bains de sels fondus ).
- Solide ( généralement en poudre ).
- Gazeux ( cas le plus courant ).
- Ionique ( azote à l’état d’ions dans un plasma ).
I)
Nitruration gazeuse :
L’apport d’azote est obtenu par dissociation thermique de l’ammoniac ( NH3 ) selon la relation réversible :
NH3 Û N + 3H
La température usuelle de nitruration est comprise entre 500 et 550°C. Elle est inférieure à la température de transformation du binaire Fe – N ( 590°C ).
La nitruration ne se fait de façon intéressante que pour les aciers alliés ( Cr, Mo, V, Al.)
Une couche nitrurée comprend en général :
- Une zone de combinaison en surface ( 5 à 30 µm ) constituée de nitrures de fer : Fe4N ( CFC ) et Fe23N ( HC )
- Une zone de diffusion ( 0,05 à 0,8 mm ) constituée d’une solution solide d’azote en insertion dans la ferrite ( nitroferrite ) dans laquelle sont précipités des nitrures ou carbonitrures d’éléments alliés (CrN, AlN,…) en particules fines.
La dureté obtenue est de l’ordre de 900 à 1100 HV.
On effectue la nitruration sur des aciers trempés et revenus. Le taux de carbone est de 0,3 à 0,4% ( ténacité convenable à cœur ). Une addition de molybdène (0,2%) évite la fragilisation lors du maintien à 500°C.
Nuances utilisées :
30 CD 12 Chrome – Molybdène
30 CAD 6.12 Chrome
– Aluminium – Molybdène
40 CAD 6.12
34 CAD 7
32 CDV 12.10 Chrome
– Vanadium – Molybdène
II) Nitruration liquide :
Elle s’effectue en bains de sels fondus ( cyanures alcalins ) vers 570°C et est applicable aux aciers non alliés et au aciers de nitruration.
L’apport d’azote est dû à la décomposition des cyanates formés par oxydation des cyanures.
4NaCN
+ 2O2 ®
4NaOCN
4NaOCN ® Na2CO3
+ 2NaCN + CO + 2N
Duretés élevées pour aciers aux Cr et Al. Valables pour couches minces ( < 0,3mm ).
III) Nitruration ionique :
Création d’une décharge électrique de quelques centaines de volts dans un mélange ( N2 + NH3 ) à faible pression. Les pièces forment la cathode, l’enceinte forme l’anode.
Les avantages par rapport aux procédés plus conventionnels sont principalement :
- Durée de traitement 4 à 5 fois plus courte.
- Déformations très faibles.
- Souplesse pour l’obtention d’un type choisit de couche.
IV) Carbonitruration :
Ce traitement consiste à faire diffuser simultanément du carbone et de l’azote en phase austénitique ( 800 à 850°C ) en atmosphère gazeuse CO + H2 + N2 + ( CH4 + NH3 ).
a) Opération de diffusion :
La vitesse de diffusion du carbone est augmentée par la présence d’azote d’où un traitement plus court.
b) Opération de trempe :
La diffusion est suivie d’une trempe comme pour la cémentation.
A noter :
- N est fortement gammagène, on peut utiliser des températures d’austénitisation plus basses.
- N augmente la trempabilité et permet donc un refroidissement plus lent ( déformations moins importantes ).
- N abaisse Ms d’où une austénite résiduelle plus importante.
On obtient :
- Une couche externe de 0,2mm riche en azote formée de martensite et d’austénite.
- Une couche de 0,2mm enrichie en carbone seulement et de structure bainitique