Qu'est-ce que la cémentation ? Avantages, processus, types et applications
Chaque application a des exigences différentes en ce qui concerne la dureté du matériau utilisé pour la fabrication de ses composants. Toutefois, pour atteindre le niveau de dureté requis, un processus de cémentation est mis en œuvre pour durcir les métaux.
Il existe différents types de métaux qui peuvent nécessiter un durcissement, ce qui est possible grâce au processus de cémentation. Si vous voulez savoir ce qu'est la cémentation, lisez le guide ci-dessous.
Qu'est-ce que la cémentation ?
La cémentation est un processus de traitement thermique qui améliore les propriétés des matériaux, comme la dureté, en ajoutant du carbone à la surface du métal. La surface du métal peut manquer de carbone, c'est pourquoi il est nécessaire d'ajouter du carbone pour obtenir une couche dure autour du métal.
Avantages de la cémentation
La cémentation présente plusieurs avantages polyvalents, dont certains sont décrits ci-dessous :
- Le processus de cémentation est très simple et peut être réalisé en un rien de temps, sans nécessiter de compétences excessives. Il est également compatible avec de nombreux types de matériaux, comme la fonte et l'acier au carbone. Elle convient aux formes et aux conceptions complexes.
- La cémentation est un procédé peu coûteux qui, pour un coût limité, permet d'obtenir la dureté des composants.
- La cémentation est adaptée aux volumes de masse car elle est automatisée et permet de durcir des lots de produits plus importants.
- Il offre un meilleur contrôle des dimensions et, même après le processus de durcissement, la déformation est négligeable.
- Il améliore la résistance à l'usure et la ductilité de la pièce.
- La cémentation confère aux composants une grande résistance à la fatigue et, par conséquent, la couche dure à l'extérieur permet au composant de résister à des charges élevées.
Procédés de cémentation
Le processus de cémentation comprend les étapes suivantes :
Ajout de carbone
Lors de la première étape, le composant est nettoyé puis placé dans une boîte hermétiquement fermée contenant les matériaux carbonés. Pour sceller la boîte, on peut utiliser de l'argile réfractaire. La boîte est ensuite placée dans le four à une température de température de 925 degrés Celsius pendant une durée d'environ 10 heures.
Le dioxyde de carbone provient de la matière carbonée, qui se décompose en carbone et en monoxyde de carbone. Le carbone se diffuse avec la pièce, qui est cémentée. La pièce absorbe le carbone par couches, puis la boîte est retirée du four.
Traitement thermique
La pièce est ensuite replacée dans le four pour l'étape du traitement thermique. Elle est maintenue dans le four pendant environ 15 minutes à une température de 790 degrés Celsius. Cela permet de transformer le métal en austénite, puis, après avoir été retirée du four, la pièce est maintenue dans l'eau. Cela permet un refroidissement rapide et le développement de structures dures.
Trempe
Les contraintes internes se forment en raison du refroidissement rapide, et il est donc important de soulager ces contraintes en procédant à un revenu. Vous pouvez chauffer la pièce à basse température et la laisser refroidir à l'air après qu'elle ait été chauffée pendant une heure.
Types de cémentation
Il existe différents types de procédés de cémentation, qui sont décrits ci-dessous.
Carburage au gaz
La cémentation au gaz consiste à chauffer acier au carbone à la température d'austénitisation dans une atmosphère riche en carbone. Il utilise un gaz porteur et le composant est conservé dans un four contenant du propane et du méthane. Il s'agit d'un mélange de CO2, CH4, CO, etc.
À la température de cémentation, le propane se décompose à la surface de la pièce et le carbone se diffuse à la surface. La température est d'environ 925 degrés Celsius et la durée de cémentation est de 2 heures.
Carburation sous vide
Le processus de cémentation sous vide implique l'utilisation d'un environnement sans oxygène et à basse pression. Le processus utilise hydrocarburesqui sont des gaz comme le méthane. L'environnement est exempt d'oxygène et la température peut être augmentée si nécessaire. Plus la température est élevée, plus le taux de diffusion du carbone est important.
Carburation liquide
La cémentation liquide est un procédé utilisé pour cémenter des pièces en acier ou en fer. Ces pièces sont maintenues à une température supérieure à Ac1 dans le sel à l'état fondu, et de l'azote et du carbone sont ajoutés. La cémentation liquide utilise du cyanure, qui est composé d'azote et de carbone.
Le composant est conservé dans un bain de sel, dont la température avoisine les 900 degrés Celsius, et le sel est hautement toxique. Le sel a incorporé de l'azote à la surface du composant, ce qui l'a rendu dur.
Carburation solide (Carburation en batterie)
La cémentation solide est un processus dans lequel le monoxyde de carbone est dérivé du composé solide, qui se décompose à la surface du métal en dioxyde de carbone et en carbone naissant. Les récipients de cémentation sont fabriqués à partir d'acier au carbone revêtu d'aluminium, d'acier au carbone ou d'alliages fer-nickel-chrome qui résistent à la chaleur.
Les pièces sont conservées dans une boîte hermétique avec un milieu de cémentation, qui peut être du charbon de bois ou du coke. Le processus utilise la cémentation gazeuse, et le monoxyde de carbone est dissocié en dioxyde de carbone, qui fusionne ensuite le carbone à la surface de la pièce. Le processus dure de 2 heures à 36 heures à une température de 800 à 845 degrés Celsius.
Carburage au plasma
Le processus de cémentation au plasma utilise la distance de lueur à courant continu, qui ajoute une couche de carbone à un composant. La tension du courant continu est appliquée entre le composant et l'électrode, et la pièce est maintenue dans la chambre de cémentation. Le carbone est ensuite libéré sous la forme d'une décharge de plasma.
Cémentation au goutte-à-goutte
La cémentation goutte à goutte utilise des agents organiques, tels que le méthanol, qui sont ajoutés au four de cémentation. Il produit le gaz qui décompose les composants et leur surface, laissant derrière lui une couche dure de carbone.
Carbonitruration
La carbonitruration est également effectuée sur l'acier et a une masse de carbone de 0,4 à 0,5 pour cent. Elle permet de durcir la surface de la pièce, qui peut comprendre des arbres et des engrenages. Le procédé modifie le gaz dans lequel le méthane et l'ammoniac sont présents.
Cémentation et nitruration
La cémentation et la nitruration sont deux procédés qui permettent de durcir l'acier et d'autres métaux. Cependant, la seule différence entre eux est le matériau utilisé pendant le processus.
La cémentation est utilisée pour diffuser le carbone à la surface du métal en le chauffant en présence d'un matériau associé au carbone. La nitruration, quant à elle, utilise de l'azote sur le composant et l'expose à des températures élevées.
Applications de la cémentation
Le processus de cémentation est utilisé dans de nombreuses applications pour durcir les métaux utilisés dans les composants ; certaines de ces applications sont présentées ci-dessous :
Aérospatiale : Les pièces des avions, comme les pièces de moteur et les trains d'atterrissage, doivent être très résistantes, ce qui nécessite de l'acier cémenté.
Maritime : Les composants, tels que les systèmes d'engrenage et les moteurs de l'atelier, sont fabriqués à partir de pièces cémentées qui offrent une résistance à la corrosion et à l'usure.
Automobile : Dans le secteur de l'automobile, les pièces à haute résistance mécanique et à l'usure, telles que les roulements, les engrenages, les arbres et la cémentation, sont utilisées.
L'agriculture : Les machines utilisées pour l'agriculture font appel à l'acier cémenté car leurs pièces doivent résister à des environnements difficiles.
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Conclusion
Il existe plusieurs types de procédés de cémentation, et chacun d'entre eux possède ses propres caractéristiques. Il est très important de comprendre chaque type de procédé de cémentation et sa pertinence afin de pouvoir le choisir en fonction des exigences de votre application.
