Cémentation : avantages, procédé, types et applications

Les métaux utilisés pour la fabrication de composants sont durcis par différentes méthodes. Le durcissement de ces métaux répond à une exigence des applications, afin que les pièces métalliques restent durables et résistantes. Si vous souhaitez en savoir plus sur la cémentation, consultez le guide ci-dessous.

Aperçu de la cémentation

Qu'est-ce que la cémentation ?

La cémentation est un procédé de traitement thermique dans lequel l'objet métallique est durci sur sa couche externe, tandis que le cœur interne reste tendre. Elle crée une couche dure en surface et la rend résistante à la fatigue et à l'usure.

Les matériaux couramment utilisés pour la cémentation sont l'acier à faible teneur en carbone ou le fer. Le matériau employé détermine la qualité requise par le produit final. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour la cémentation, notamment la nitruration, la carbonitruration, la cémentation au carbone et la cyanuration.

Objectif de la cémentation

La cémentation est une méthode qui traite le matériau et rend sa surface externe dure, tandis que le cœur interne reste tendre. Elle crée une fine couche de revêtement sur le composant et le rend résistant.

La cémentation améliore la résistance à la fatigue du métal et le rend tenace et résistant à l'usure. La cémentation rend également le composant performant et soudable.

Avantages de la cémentation

Le procédé de cémentation présente certains avantages, qui sont les suivants :

• La résistance des pièces augmente grâce à l'ajout d'une couche de matériau dur, ce qui les rend durables.
• Une couche supérieure dure sur le composant le rend usinable pour les applications impliquant des pièces soumises à de fortes contraintes.
• La cémentation rend les composants résistants à la rupture et à la fissuration et les rend soudables.
• Un revêtement prescrit est appliqué en surface et améliore la résistance à la corrosion.
• L'aspect de l'acier est amélioré par la cémentation, qui lui confère un aspect brillant.

Inconvénients de la cémentation

La cémentation, qui présente des avantages, a aussi des inconvénients. Voici quelques-uns des inconvénients de ce procédé :

• Le procédé est coûteux et nécessite une expertise et des outils spéciaux.
• Le procédé présente une variation de la dureté, ce qui affecte la résistance du métal. Le métal peut se déformer pendant le procédé.
• La marge de fissuration et d'écaillage augmente également, ce qui affecte la durée de vie du métal.
• La sensibilité du métal à la corrosion augmente lorsque le procédé est mal réalisé.

Procédé de cémentation

Le procédé de cémentation peut se dérouler en quatre étapes, qui sont les suivantes :

Activation

La couche d'oxyde passive est éliminée, ce qui empêche la diffusion du carbone et de l'azote à la surface de l'acier, et la surface est activée.

Revêtement

La surface active est ensuite soumise à une couche de carbone ou d'azote, ce qui améliore la diffusion.

Diffusion

Le composant en acier est chauffé à une température supérieure à 900 degrés Celsius pendant plusieurs heures, dans une atmosphère riche en azote et en carbone. Une couche d'acier trempé est ensuite conservée pour faire apparaître les atomes de carbone et d'azote en surface.

Durcissement

La pièce cémentée est soumise à un revenu et à une trempe afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques du composant.

Types de méthodes de cémentation

Pour la cémentation de l'acier, diverses méthodes peuvent être choisies ; elles sont présentées ci-dessous.

Chauffage et trempe

Afin d'obtenir certaines qualités de matériau, comme la dureté, le procédé de chauffage et de trempe est utilisé. Il s'agit d'un procédé de traitement thermique dans lequel le métal est d'abord chauffé à haute température, puis refroidi dans un liquide. Sous l'effet de ce chauffage et de ce refroidissement, les métaux durcissent et leurs caractéristiques structurelles changent.

Cémentation au carbone

L'acier à faible teneur en carbone est essentiellement un métal susceptible d'être cémenté. Le procédé consiste à chauffer le métal dans un environnement contenant du carbone, ce qui permet de créer une couche à la surface du métal. Il existe différentes méthodes de cémentation, qui confèrent résistance à la corrosion, résistance mécanique et résistance à l'usure.

Nitruration

La nitruration est un procédé couramment choisi pour les nuances d'acier faiblement allié. Ces métaux sont chauffés dans un environnement contenant de l'azote ; parfois, l'azote est introduit par décharge électrique. Différents procédés interviennent dans la nitruration, qui améliore le frottement, la dureté et la résistance mécanique.

Cyanuration

Le procédé de cyanuration consiste à chauffer un alliage de fer dans un sel de cyanure, la surface de l'alliage absorbant l'azote et le carbone. La cyanuration est ensuite suivie d'un revenu et d'une trempe afin d'obtenir la ténacité requise.

Carbonitruration

La carbonitruration est un procédé dans lequel le métal est chauffé en présence d'azote et de carbone, ces deux éléments étant diffusés dans la surface du métal. Il en résulte une cémentation. Le procédé de carbonitruration permet de doter le composant de résistance à l'usure et de dureté.

Nitrocarburation ferritique

La nitrocarburation ferritique durcit différents types de fer, d'aciers alliés et de leurs métaux. Les composants sont d'abord nettoyés, puis le procédé est réalisé en phase ferritique. La température est d'environ 570 degrés Celsius, et une couche de carbone et d'azote est diffusée en surface.

Quels types de métaux peuvent être cémentés ?

Il existe différents types de métaux pouvant être cémentés, dont voici quelques-uns :

Acier à faible teneur en carbone

L'acier à faible teneur en carbone est enrichi en carbone à haute température, sa teneur en carbone se situant entre 0,1 et 0,25 %. Lorsque le carbone est diffusé à la surface de l'acier, la teneur en carbone augmente, ce qui le rend plus dur. Le cœur de l'acier à faible teneur en carbone est ductile et sa partie externe est dure, offrant une résistance à l'usure et à la corrosion.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable est durci par injection d'azote et de carbone à haute température. La surface de l'acier inoxydable se durcit ainsi tout en conservant une résistance à la corrosion élevée.

Fonte

La fonte est également durcie par le procédé de cémentation, dans lequel de l'azote et du carbone sont injectés à haute température afin que la surface devienne dure. Le procédé de cémentation améliore aussi la résistance à l'usure du métal.

Acier à haute teneur en carbone

Lors de la cémentation de l'acier à haute teneur en carbone, certaines mesures de précaution sont essentielles. Le cœur doit être préalablement protégé et ces alliages doivent être chauffés à haute température. Après chauffage, une quantité excessive de carbone doit être introduite, ce qui rend la couche interne ductile et la couche externe dure.

Acier à outils

L'acier à outils est durci par diffusion d'éléments puis par trempe. Le carbone utilisé lors de la cémentation influe sur la dureté, et une trempe soignée est également appliquée.

Applications typiques de la cémentation

Les applications qui font appel à la cémentation sont les suivantes :

• Arbres à cames
• Machines-outils
• Outils de coupe
• Pièces aérospatiales
• Presses de forgeage
• Tiges
• Équipements de laminage des métaux
• Pièces automobiles

Conclusion

La cémentation améliore les propriétés mécaniques des métaux de différentes manières et les rend adaptés à diverses applications. Si vous souhaitez faire cémenter vos composants, nous, chez DEK pouvons vous proposer ce service. Nous proposons différentes méthodes de cémentation et les choisissons en fonction de la nature de votre matériau et des exigences de l'application.

FAQ

Quelle est la température de cémentation ?

La température de cémentation varie entre 871 et 954 degrés Celsius.

Comment se produit le durcissement superficiel lors du séchage ?

Le durcissement superficiel lors du séchage se produit lorsque la couche superficielle externe du métal sèche plus vite que la couche interne.

Comment retirer la couche d'oxyde des pièces durcies ?

Le grenaillage est un procédé courant qui permet de retirer la couche d'oxyde des pièces durcies.

Comment mesure-t-on la dureté après la cémentation ?

La dureté est mesurée par différentes méthodes telles que les essais Knoop, Vickers, Rockwell et Brinell. Le choix de la méthode dépend de facteurs comme la précision requise, le type de matériau et la profondeur de trempe.