Tamara Wilhite est rédactrice technique, ingénieure industrielle, mère de deux enfants et auteure publiée de science-fiction et d’horreur.
La nitruration rend le métal plus durable, mais ce n’est peut-être pas la dernière étape de traitement.
Par William M. Plate Jr. [Public domain]via Wikimedia Commons
Qu’est-ce que la nitruration ?
La nitruration est un processus chimique utilisé pour durcir le métal, généralement l’acier ou le fer. Il s’agit souvent d’acier résistant à la chaleur utilisé dans des applications à haute température et d’acier utilisé pour fabriquer des outils, bien que le titane et l’aluminium puissent également être nitrurés. Les alliages de nitrure créés à partir du processus de nitruration créent une couche à très haute résistance à l’usure.
Comment se fait la nitruration ?
La nitruration est un procédé thermochimique. Il existe plusieurs méthodes de nitruration différentes, notamment la nitruration au gaz, la nitruration en bain de sel et la nitruration au plasma. Dans tous ces cas, le boîtier ou la couche externe de l’acier est chauffé à 450–600 degrés Celsius tandis que l’azote est diffusé dans le substrat. Cela crée des nitrures ou des alliages d’azote. L’azote lui-même est présent à un niveau inférieur à six pour cent pour garantir la création de g’-nitrure ou Fe4N, un alliage fragile qui nuit aux performances des pièces.
À des niveaux plus élevés, du e-nitrure se formerait. L’e-nitrure ou Fe3N est similaire et peut être mélangé avec le g’-nitrure. Le processus peut ajouter d’autres minéraux pour créer des alliages supplémentaires et solides dans le substrat d’acier ou de fer. Par exemple, ils peuvent être alliés avec du molybdène et du chrome. Cela améliore leur aptitude par trempe.
L’aluminium et le vanadium peuvent être inclus comme agents de nitruration. La profondeur de nitruration varie de 0,1 à 0,7 millimètres. Le temps de nitruration varie de quelques heures à une centaine d’heures.
En quoi la nitruration diffère-t-elle des autres méthodes de cémentation ?
La nitruration diffère des méthodes traditionnelles de cémentation comme la cémentation. L’acier est maintenu à la même température élevée que l’azote est introduit. Il n’y a pas de phase de transformation pendant le processus de refroidissement. En revanche, la carburation entraîne une transformation de phase lorsque le substrat est refroidi. La teneur en carbone de l’acier absorbe le carbone et la composition chimique passe de l’austénite à la martensite. La martensite a une plus grande résistance à l’usure grâce à sa dureté élevée.
La nitrocarburation est un processus similaire à la nitruration. La plus grande différence entre la nitruration et la nitrocarburation est que cette dernière force le carbone dans la couche superficielle du métal. De plus, la nitrocarburation ne peut être effectuée que sur des alliages ferreux comme l’acier. Notez que les aciers au nitrure ont généralement une certaine teneur en carbone, généralement entre 0,02% et 0,45%, bien que les aciers au carbone puissent également être nitrurés.
La nitrocarburation se fait pour les mêmes raisons que la nitruration, comme l’acier de cémentation pour les engrenages ou les guides métalliques. Cependant, la nitrocarburation est beaucoup plus rapide que la nitruration. Un long processus de nitrocarburation prend jusqu’à six heures. Une autre différence entre la nitrocarburation et la nitruration est que la nitrocarburation a lieu à des températures beaucoup plus élevées, généralement autour de 970 degrés Celsius.
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Quels sont les avantages de la nitruration ?
L’un des plus grands avantages de la nitruration est qu’elle minimise les distorsions qui se produisent lors de la carburation et de la trempe, les deux processus de traitement thermique les plus populaires. Cela crée une surface beaucoup plus lisse, ce qui réduit à son tour le besoin de processus d’usinage ou de finition après traitement thermique.
Cependant, la nitruration n’élimine pas la nécessité d’un traitement ultérieur. Les processus de nitruration plus anciens créent une couche blanche de g’-nitrure (Fe4N) qui doit être éliminée, bien que quelques processus de nitruration plus récents empêchent la formation de cet alliage d’acier inférieur. En dessous se trouve la zone de diffusion, ou substrat, où les joints de grains sont altérés par la formation de nitrures. En dessous, il reste le matériau de base inchangé. Ces limites sont évidentes lorsqu’elles sont étudiées au microscope.
Le matériau durci présente un risque réduit de grippage. Il a une plus grande résistance à la trempe et reste solide lorsqu’il est exposé à des températures élevées. C’est l’une des raisons pour lesquelles l’acier nitruré est utilisé dans les armes à feu, les matrices d’extrusion, les outils de moulage sous pression, les outils de moulage en plastique et les matrices de forgeage.
La nitruration augmente la résistance à la fatigue du métal, ou la contrainte que le matériau peut supporter sans se casser. Cela augmente considérablement la durée de vie des outils.
Le métal nitruré a une meilleure stabilité dimensionnelle que les autres matériaux traités thermiquement. Le matériau nitruré a également une sensibilité à l’entaille de fatigue plus faible.
La nitruration peut être effectuée sur des pièces métalliques évidées. Cela donne à la zone évidée d’une pièce un meilleur support mécanique. Cela réduit également le risque de fissuration causée par la déformation élastique, tandis que les pièces nitrurées sont également moins susceptibles de se déformer en premier lieu.
Quand la nitruration n’est-elle pas la meilleure option ?
Bien que la nitruration crée une dureté de surface élevée, ce ne sera pas toujours le meilleur choix. Par exemple, les applications d’usure par abrasion peuvent encore user l’acier au nitrure. Des charges ponctuelles élevées peuvent ébrécher la couche nitrurée. Cependant, l’acier nitruré est un bon choix pour les applications d’usure adhésive. En effet, la surface nitrurée réduit le frottement tout en conservant sa résistance à la corrosion.
Cet article est exact et fidèle au meilleur de la connaissance de l’auteur. Le contenu est uniquement à des fins d’information ou de divertissement et ne remplace pas un conseil personnel ou un conseil professionnel en matière commerciale, financière, juridique ou technique.
© 2020 Tamara Wilhite
