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L’expertise du premier groupe français dans le trai tement thermique et revêtement sous vide.
Le durcissement superficiel des inox
15 décembre 2016 Rendez-vous de la Mécanique CETIM - CTDEC
Thermi-Lyon / Trempelec – Stéphane CHOMER
PLAN
• Rappel – Les aciers inoxydables
• Comment durcir les aciers inoxydables
• Traitements thermochimiques de durcissement
• Durcir et préserver la résistance à la corrosion• Durcir et préserver la résistance à la corrosion
• Conclusion
15 décembre 2016 Rendez-vous de la Mécanique CETIM - CTDEC
C’EST QUOI UN ACIER INOXYDABLE ?
• MECANISME DE PROTECTION
– Un acier est inoxydable si sa teneur en Cr > 12%
– Caractère inoxydable lié à la formation d’une couche
superficielle de type oxyde de Cr : couche passive
Couche passive (Fe-Cr)xOy
15 décembre 2016 Rendez-vous de la Mécanique CETIM - CTDEC
– La couche passive est auto-cicatrisante (se régénère)
– Elle peut localement être dégradée et conduire à une
corrosion localisée (par piqûre, par crevasse…)
Alliage Fe-Cr-(Ni)
Couche passive (Fe-Cr)xOy
LES TYPES D’ACIERS INOXYDABLES
• FAMILLES NORMALISEES
– Inox martensitiques (C >0,08% ; Cr >13%)
– Inox ferritiques (C <0,08% ; 13 < Cr < 30%)
– Inox austénitiques (C <0,08% ; Cr >13% + Ni >8%)
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– Inox austénitiques (C <0,08% ; Cr >13% + Ni >8%)
– Inox austéno-ferritiques (duplex)
– Inox à durcissement par précipitation
DURCIR LES ACIERS INOXYDABLES
• La trempe-revenu s’applique aux :
• Inox martensitiques
• Inox à durcissement secondaires
• L’écrouissage :
Faible tenue en corrosion
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• L’écrouissage :
• Inox austénitiques
• Inox ferritiques
• La nitrocarburation
• La cémentation
Faible durcissement
Durcissement élevé mais perte de tenue corrosion SAUF conditions particulières
NITROCARBURATION DES INOX
• LES PROCEDES DE NITROCARBURATION
• BAINS DE SELS
• Procédé au trempé, le plus simple mais le moins souple.
• GAZEUX
• Le plus abouti en pilotage (Kn-Kc) suivant AMS 2759-10 et -12
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• Le plus abouti en pilotage (Kn-Kc) suivant AMS 2759-10 et -12
• IONIQUE
• Le plus performant pour le masquage et le traitement partiel
• GAZEUX ASSISTE PLASMA (THERMI©-SP)
• Le plus adapté aux aciers inoxydables
• Compatibilité des PROCEDES avec les INOX
DEPASSIVATION VRAC PILOTAGE
PROCESS
RESULTATS
BAIN DE SELS OUI OUI NON Dureté >900 HV
Perte résistance corrosion
NITROCARBURATION DES INOX
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GAZEUX NON OUI T°
Kn et Kc
Dureté faible
Résistance corrosion
IONIQUE OUI NON T°
W
Dureté >900 HV
Perte résistance corrosion
THERMI©-SP OUI OUI T°
W
Dureté > 900 HV
Résistance corrosion
NITROCARBURATION STANDARD
ε compact ε poreux
9.5 %
• Acier faiblement allié (par exemple : 42CrMo4): Nitrocarburationstandard à 580°C
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ε (Fe2,3N)
• Nitrocarburation standard à 580°C, différence de réponse au traitement entre acier standard et acier inoxydable
NITROCARBURATION STANDARD
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42CrMo4 AISI 304L
N / N+C
T<590°C
Nitruration / Nitrocarburation classiqueAcier, aciers faiblements alliés
NITROCARBURATION STANDARD
TT
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TT
Couche de diffusion
ε - Fe2(N,C)1-X
γ’- Fe4N1-X
Couche de combinaison
Fe (+ carbures)
Nitrures
N / N+C
T<590°C
Nitruration / Nitrocarburation classiqueAciers inoxydables
AISI 304 L
NITROCARBURATION STANDARD
TT
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TTCouche de diffusion
γ’- Fe4N1-X + CrN/Cr2N Couche de combinaison
Fe (+ carbures)
Nitrures de chrome
AISI 304 L
• GAZEUX ASSITE PLASMA (THERMI©-SP)
• Enrichissement élevé en azote et en carbone
• A une température de l’ordre de 420°C
• Sans précipitation de nitrures ou carbures de chrome
NITROCARBURATION BASSE T°
15 décembre 2016 Rendez-vous de la Mécanique CETIM - CTDEC
Source : T. Bell and C.X. Li, “Stainless Steel: Low-Temperature Nitriding and Carburizing”, Advanced Materials & Processes, Volume 160, Issue 6, 2002
NITROCARBURATION BASSE T°
N+CT<420°C
Nitruration / Nitrocarburation classiqueAciers inoxydables
Nitrocarburation basse T°Aciers inoxydables, alliages de Ni et Co
THERMI©-SP450 <T<590°C
γ’- Fe4N1-X + CrN/Cr2N Couche de combinaison
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TT
Austénite expansée
TT
Couche de diffusion
combinaison
Fe (+ carbures)
Nitrures de chrome
γN
γC
NITROCARBURATION BASSE T°
N+C
T : 590°C
N+C
T : 420°C
Nitrocarburation classiqueAciers inoxydables AISI 316L
Nitrocarburation basse T°Aciers inoxydables AISI 316L
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TT
Couche de diffusion
ε - Fe2(N,C)1-X
γ’- Fe4N1-X
Couche de combinaison
Fe (+ carbures)
Nitrures
TT
γN
γC
Austénite expansée
Acier inoxydable
γN
γC
CARACTERISTIQUES DES COUCHES
• Sur aciers inoxydables austénitiques (AISI 304, 316, 904 …)• Durcissement important sur 20 à 30 µm (environ 1200 HV) = Forte tenue
à l’usure sous faible charge.
• Excellente tenue corrosion
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1200 HK
950 HK
400 HK
INFLUENCE DU TEMPS DE TRAITEMENT
� L’épaisseur de traitement peut être adaptée entre 5 et 35 µm suivant l’application.
� La limite de précipitation évolue avec le temps et la température
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Source : T. Bell and C.X. Li, “Stainless Steel: Low-Temperature Nitriding and Carburizing”, Advanced Materials & Processes, Volume 160, Issue 6, 2002
SENSIBILITE A L’ETAT DE SURFACE
� L’écrouissage favorise l’apparition de précipités de CrN et donc une
sensibilisation à la corrosion. Un traitement préalable à la
nitrocarburation basse température est alors nécessaire :
� Hypertrempe si la géométrie ou la dureté voulue à cœur le permet
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� Décapage chimique si les tolérances le permettent
� L’oxydation (coloration) des pièces empêche la diffusion d’azote et
carbone. Seul un décapage chimique des pièces peut les rendre aptes
au traitement…
INFLUENCE DE LA GEOMETRIE
• Le THERMI©-SP est un traitement très pénétrant et qui respecte bien la forme
des pièces.
15 décembre 2016 Rendez-vous de la Mécanique CETIM - CTDEC
INFLUENCE DE LA GEOMETRIE
• Le THERMI©-SP est un traitement très pénétrant et qui respecte bien la forme
des pièces.
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INFLUENCE DE LA T° EN UTILISATION
� Pour les applications travaillant à chaud, plus la température est élevée, moins la couche est stable.
� Un fonctionnement à 250°C pendant 6 ans provoque la transformation de 50% de la couche.
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Source : T. Christiansen and M.A.J. Somers, Zeitschrift für Metalkunde 97, 2006, 79-88
250°C
6 ans
ACIERS INOXYDABLES COMPATIBLES
• Aciers inoxydables compatibles avec le traitement THERMI©-SP
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Conclusion
• Il est possible d’augmenter très
fortement la dureté superficielle
des inox austénitiques sans
dégrader leur résistance à la
corrosion
• Ce type de traitement présente
un grand intérêt pour l’industrieun grand intérêt pour l’industrie
– Automobile (turbo),
– Médicale
– Agroalimentaire.
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