CA2326239C - Low pressure carbonitriding method for metal alloy parts - Google Patents

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Abstract

The invention concerns a method for carbonitriding metal alloy parts which consists in treating said parts with a fuel mixture consisting of ethylene and hydrogen and with a nitriding gas consisting of ammonia, under pressure less than 100 hPa and at a temperature of about 750 to 1050 DEG C. The invention is particularly advantageous for treating passivable and stainless steel since it enables to attain very high surface enrichment in nitrogen.

Description

WO 99155928 rcr/FR99/00998 PROCEDE DE CARBONITRLJRATION A BASSE PRESSION DE PIECES
EN ALLIAGE METALLIQUE
DESCRIPTION
Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de carbonitruration de pièces en alliage métallique.
Elle s'applique en particulier à la carbonitruration de pièces en acier, notamment d'aciers riches en chrome utilisables dans les industries de pointe et l'industrie automobile.

Etat de la technique antérieure La carbonitruration est un traitement thermochimique de diffusion simultanée de carbone et d'azote à partir de la surface d'un alliage ferreux à
l'état solide. Elle s'effectue généralement dans un four étanche, dans lequel on maintient une atmosphère contrôlée, constituée d'un gaz support auquel on ajoute si nécessaire, pour atteindre le potentiel carbone souhaité, un gaz d'enrichissement en carbone, et en plus, un gaz azoté. Généralement, le gaz support est un gaz de générateur endothermique comprenant un alcane qui est oxydé en monoxyde de carbone CO, car on réalise l'oxydation en défaut d'air par rapport à la réaction stoechiométrique qui transformerait tout le carbone en C02. Les gaz utilisés peuvent être des mélanges azote-méthanol ou des mélanges endothermiques à base d'hydrocarbure et d'ammoniac, comme il est décrit dans
WO 99155928 rcr / FR99 / 00998 PROCESS FOR CARBONITRLJRATION AT LOW PRESSURE OF WORKPIECES
METALLIC ALLOY
DESCRIPTION
Technical area The present invention relates to a carbonitriding process of alloy parts metallic.
It applies in particular to carbonitriding of steel parts, especially steels rich in chromium usable in the industries of advanced and the automotive industry.

State of the art Carbonitriding is a treatment thermochemical of simultaneous carbon diffusion and nitrogen from the surface of a ferrous alloy to the solid state. It is usually done in a sealed oven, in which an atmosphere is maintained controlled, consisting of a carrier gas to which we add if necessary, to reach the carbon potential desired, a carbon enrichment gas, and plus, a nitrogen gas. Generally, the carrier gas is a endothermic generator gas comprising an alkane which is oxidized to carbon monoxide CO because one realizes the oxidation in air defect compared to the reaction stoichiometric that would turn all the carbon into C02. The gases used can be nitrogen mixtures methanol or endothermic mixtures based hydrocarbon and ammonia, as described in

2 Les Techniques de l'Ingénieur, M1226-8 à 14, juillet 1994, [1].
Ainsi, le procédé classique met en oeuvre des atmosphères qui contiennent toutes de l'oxygène dû
à la présence ou à la formation de CO. L'oxygène libéré
par la décomposition du CO conduit à une oxydation superficielle de l'acier qui, d'une part, freine l'absorption du carbone et, d'autre part, conduit à des structures néfastes au plan des caractéristiques mécaniques de la pièce traitée, fatigue de contact par exemple. Il faut signaler que les pièces carbonitrurées de cette façon sont le plus souvent utilisées en l'état, sans aucune retouche mécanique de la surface.
Le document FR-A-2 663 953, [2] décrit un procédé et une installation de cémentation de pièces en alliage métallique à basse pression évitant la présence d'oxygène. Cette technique basse pression n'a toutefois jamais été envisagée pour réaliser des traitements de carbonitruration.

Exposé de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de carbonitruration qui permet d'éviter la présence néfaste d'oxygène, lors du traitement thermochimique de diffusion du carbone et de l'azote dans la pièce en alliage métallique.
Selon l'invention, le procédé de carbonitruration de pièces en alliage métallique consiste à soumettre lesdites pièces à l'action d'un mélange carburant constitué d'éthylène et d'hydrogène, et à l'action d'un gaz nitrurant constitué d'ammoniac,
2 The Techniques of the Engineer, M1226-8 to 14, July 1994, [1].
Thus, the conventional method implements atmospheres that all contain oxygen due the presence or formation of CO. Oxygen released by decomposition of CO leads to oxidation superficial steel which, on the one hand, carbon absorption and, on the other hand, leads to harmful structures in terms of characteristics mechanics of the treated part, contact fatigue by example. It should be noted that the carbonitride pieces this way are most often used in the state, without any mechanical touching of the surface.
Document FR-A-2,663,953, [2] describes a process and a cementation plant of parts in Low pressure metal alloy avoiding the presence oxygen. This low pressure technique does, however, never been considered for the purpose of carbonitriding.

Presentation of the invention The present invention relates to a carbonitriding process which avoids the harmful presence of oxygen during treatment Thermochemical diffusion of carbon and nitrogen in the metal alloy part.
According to the invention, the method of carbonitriding of metal alloy parts consists in submitting the said parts to the action of a fuel mixture consisting of ethylene and hydrogen, and the action of a nitriding gas consisting of ammonia,

3 sous une pression inférieure à 100 hPa et à une température d'environ 750 à environ 1050 C.
Dans ce procédé, l'apport de carbone se fait par la dissociation directe d'un hydrocarbure, en l'occurrence l'éthylène, dans l'enceinte d'un four à
vide, et l'apport d'azote provient de la dissociation du gaz ammoniac, selon la réaction activée thermiquement 2NH3 N2 + 3H2.
Selon l'invention, on utilise pour ce traitement de carbonitruration des températures plus élevées que celles utilisées habituellement pour ce type de réaction, qui se situaient généralement dans un domaine de 400 à 600 C.
Aux températures plus élevées utilisées dans l'invention, la réaction de dissociation de l'ammoniac est thermodynamiquement totale, mais sa cinétique est faible. De ce fait, il existe encore au niveau de la pièce de l'ammoniac à dissocier, générant de l'azote naissant actif. C'est pour cette raison que l'on peut utiliser l'ammoniac pour l'apport d'azote.
D'autre part, le fait de travailler sous pression réduite, permet de bénéficier d'une vitesse de passage du gaz dans la charge supérieure à la cinétique de dissociation.
La pression utilisée peut être en particulier dans la gamme de 10 à 100 hPa.
Un des autres avantages du procédé de l'invention est de pouvoir enrichir la surface de la pièce en carbone et en azote dans un domaine de température beaucoup plus large, depuis environ 750 à
environ 1050 C, selon les séquences d'enrichissement
3 under a pressure below 100 hPa and at a temperature of about 750 to about 1050 C.
In this process, carbon input is made by the direct dissociation of a hydrocarbon, in the occurrence of ethylene, in the enclosure of a furnace empty, and the nitrogen supply comes from dissociation Ammonia gas, depending on the activated reaction thermally 2NH3 N2 + 3H2.
According to the invention, it is used for this carbonitriding treatment of higher temperatures higher than those usually used for this type of reaction, which were usually in a area of 400 to 600 C.
At the higher temperatures used in the invention, the dissociation reaction of ammonia is thermodynamically total but its kinetics is low. As a result, there is still Ammonia piece level to dissociate, generating nascent active nitrogen. It is for this reason that ammonia can be used for nitrogen input.
On the other hand, working under reduced pressure, allows to benefit from a speed of passage of gas in the load greater than the kinetics dissociation.
The pressure used can be in especially in the range of 10 to 100 hPa.
One of the other advantages of the method of the invention is to be able to enrich the surface of the carbon and nitrogen part in a field of temperature much wider, since about 750 to about 1050 C, according to the enrichment sequences

4 envisagées. En effet, l'utilisation de la réaction de dissociation de l'éthylène à basse pression permet de pouvoir apporter du carbone dès 750 C et donc ainsi en diminuant' la température de bénéficier d'un pouvoir nitrurant plus important de l'ammoniac car la disponibilité en azote atomique utile pour la diffusion, est plus grande. Ceci permet d'accroître les possibilités d'enrichissement superficiel en carbone et en azote.
Ainsi selon l'invention, on peut obtenir des degrés et des profondeurs d'enrichissement en carbone et en azote voulus en choisissant de façon appropriée les débits d'éthylène et d'ammoniac, la température et la durée du traitement par le mélange carburant et le gaz nitrurant en fonction de l'alliage constituant lesdites pièces.
Selon l'invention, on peut réaliser la carbonitruration, soit en soumettant lesdites pièces à
l'action simultanée du mélange carburant et du gaz nitrurant, soit en soumettant lesdites pièces à
l'action successive du mélange carburant et du gaz nitrurant.
On peut encore effectuer le traitement en soumettant les pièces à l'action simultanée du mélange carburant et du gaz nitrurant, puis en les soumettant à
l'action du gaz nitrurant seul.
Ces étapes peuvent être répétées et combinées entre elles en utilisant des débits, température et durées différentes, situées dans les gammes données ci-dessus.
Enfin, le procédé de l'invention peut comprendre une étape complémentaire de traitement de diffusion sous vide des pièces, après qu'elles aient été soumises à l'action du mélange carburant et du gaz nitrurant. Un tel traitement peut être effectuée à une température d'environ 750 à environ 1050 C, sous des pressions ne dépassant pas 100 hPa.
4 considered. Indeed, the use of the reaction of dissociation of ethylene at low pressure allows for can bring carbon from 750 C and so in decreasing 'the temperature to benefit from a power nitrurant more important ammonia because the availability of atomic nitrogen useful for the diffusion, is larger. This increases the opportunities for surface enrichment in carbon and in nitrogen.
Thus according to the invention, it is possible to obtain degrees and depths of enrichment in carbon and nitrogen desired by choosing appropriate flow rates of ethylene and ammonia, the temperature and duration of treatment by mixing fuel and nitriding gas depending on the alloy constituting said parts.
According to the invention, the carbonitriding, either by subjecting the said parts to the simultaneous action of the fuel mixture and the gas nitriding, or by subjecting the said parts to the successive action of the fuel mixture and the gas nitriding.
We can still perform the treatment subjecting the pieces to the simultaneous action of the mixture fuel and nitriding gas and then subjecting them to the action of the nitriding gas alone.
These steps can be repeated and combined with each other using flow rates, different temperatures and durations, located in ranges given above.
Finally, the method of the invention can understand a complementary step of treatment of vacuum diffusion of the parts, after they have have been subjected to the action of the fuel and gas mixture nitriding. Such treatment can be performed at a temperature of about 750 to about 1050 C, under pressures not exceeding 100 hPa.

5 Les alliages métalliques susceptibles d'être traités par le procédé de l'invention peuvent être de divers types. On peut en particulier utiliser des aciers et des superalliages à base de cobalt. Parmi les aciers, le procédé s'applique avantageusement au traitement des aciers passivables, contenant par exemple 2 à 9 % de chrome et au traitement d'aciers inoxydables contenant par exemple 9 à 18 % de chrome, grâce à la technique de la basse pression. Le traitement de tels aciers permet de plus de les enrichir en azote à un degré élevé pouvant atteindre 4 %.
Actuellement, ces aciers inoxydables sont, pour certaines applications liées à l'usure, utilisés à
l'état cémenté. Après cémentation et traitement d'emploi, la couche superficielle durcie est très riche en carbures de chrome, ce qui dégrade fortement la résistance à la corrosion de ces aciers naturellement inoxydables avant cémentation.
Le fait de pouvoir substituer en surface une partie du carbone par de l'azote, permet de former des précipités de nature différente, et ainsi de consommer moins de chrome de la matrice. L'azote peut également entrer en partie en solution solide dans la matrice, son action bénéfique sous cette forme sur la tenue à la corrosion étant déjà reconnue.
Par sa souplesse, le procédé de l'invention permet donc sur ces aciers d'obtenir dans la couche superficielle, le rapport C/N offrant le meilleur
5 Metal alloys susceptible to be treated by the process of the invention can to be of various types. In particular, we can use steels and superalloys based on cobalt. Among steels, the process advantageously applies to treatment of passivable steels, containing example 2 to 9% chromium and the treatment of steels stainless steels containing for example 9 to 18% of chromium, thanks to the technique of low pressure. The treatment of such steels allows more than enrich in nitrogen to a high degree that can reach 4%.
Currently, these stainless steels are, for certain wear-related applications used in the cemented state. After carburizing and treatment of use, the hardened surface layer is very rich in chromium carbides, which severely degrades the corrosion resistance of these steels naturally stainless before carburizing.
The ability to substitute on the surface part of the carbon with nitrogen, allows to form precipitates of different nature, and so consume less chromium from the matrix. Nitrogen can also part in solid solution in the matrix, its beneficial action in this form on the Corrosion resistance is already recognized.
By its flexibility, the method of the invention so allows on these steels to get in the layer superficial, the C / N ratio offering the best

6 compromis pour les propriétés recherchées de résistance à l'usure et/ou de résistance à la corrosion, par exemple.
En fait, le procédé de l'invention permet, par l'élargissement du domaine de température, par la possibilité d'enchaîner de façon simple différentes séquences d'enrichissement simultanées ou alternées en carbone et/ou en azote, de réaliser des gradients en carbone et azote très variés et ceci sur des aciers très divers, même passifs.
Aussi, l'invention a également pour objet des pièces en acier obtenues par ce procédé. Ces pièces peuvent être, par exemple, des pièces en acier passivable comprenant 2 à 9 % de chrome, qui sont enrichies en azote sur leur surface jusqu'à une teneur de 2 % en masse, ou des pièces en acier inoxydable comprenant 9 à 18 % de chrome, qui sont enrichies en azote sur leur surface jusqu'à une teneur de 4 % en masse.
Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, on peut utiliser un four à double vide dit à parois chaudes ou un four à parois froides, tels que les dispositifs décrits dans FR-A-2 663 953.
A titre d'exemple, le procédé peut comprendre les étapes suivantes :
1) prévidage de la cuve du four jusqu'à une pression de 10-1 hPa de façon à éliminer l'air, 2) remplissage de la cuve par de l'azote à la pression atmosphérique, 3) enfournement de la cuve contenant les pièces métalliques et mise sous vide de la cuve à environ 10-2 hPa,
6 compromise for the desired properties of resistance wear and / or corrosion resistance, by example.
In fact, the method of the invention makes it possible by the widening of the temperature range, by the possibility of linking in a different simple way simultaneous or alternating enrichment sequences in carbon and / or nitrogen, to achieve gradients in carbon and nitrogen very varied and this on steels very diverse, even passive.
Also, the invention also relates to steel parts obtained by this process. These parts can be, for example, steel parts passivable comprising 2 to 9% chromium, which are enriched with nitrogen on their surface up to a 2% by weight, or stainless steel parts comprising 9 to 18% of chromium, which are enriched in nitrogen on their surface up to a level of 4%
mass.
To implement the process of the invention can be used a double vacuum furnace said hot-walled or cold-walled furnace, such as the devices described in FR-A-2 663 953.
For example, the process can understand the following steps:
1) roughing the oven bowl to a pressure of 10-1 hPa to eliminate air, 2) filling the tank with nitrogen at the atmospheric pressure, 3) charging the vessel containing the parts metal and evacuation of the tank to approximately 10-2 hPa,

7 4) chauffage jusqu'à la température d'austénitisation avec des paliers si nécessaire, et maintien à cette température pendant 30 minutes pour l'homogénéisation des pièces, 5) introduction d'hydrogène jusqu'à 500 hPa, de préférence ou moins selon le type de four, 6) traitement de carbonitruration qui peut être effectué de différentes façons :
a) une période d'enrichissement en carbone par introduction du gaz carburant éthylène, suivie d'une période d'enrichissement en azote par introduction d'ammoniac, ou l'inverse, ou a') période d'enrichissement en carbone et en azote par introduction simultanée d'éthylène et d'ammoniac, 7) éventuellement un traitement d'enrichissement analogue à celui de l'étape 6), ou un traitement de diffusion sous vide à une température de 750 à 1050 C, sous une pression de 10-1 hPa, par exemple, et
7 4) heating up to the temperature austenitization with bearings if necessary, and keeping at this temperature for 30 minutes to the homogenization of the pieces, 5) introduction of hydrogen up to 500 hPa, preference or less depending on the type of oven, 6) carbonitriding treatment which can be done in different ways:
a) a period of carbon enrichment by introduction of the ethylene fuel gas, followed by a period of enrichment in nitrogen by introduction of ammonia, or the opposite, or a ') period of carbon enrichment and Nitrogen by simultaneous introduction of ethylene and ammonia, 7) optionally an enrichment treatment analogous to that of step 6), or a treatment of diffusion under vacuum at a temperature of 750 to 1050 C, under a pressure of 10-1 hPa, for example, and

8) introduction d'azote dans le four en vue du défournement.
Il est à noter que les étapes 6) et 7) peuvent être répétées plusieurs fois si nécessaire.
Lors de l'envoi des gaz éthylène et ammoniac, la pression dans la cuve est de préférence maintenue à environ 25 hPa.

Exposé détaillé des modes de réalisation D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des exemples de réalisations = CA 02326239 2000-10-25 . . = == = .. .... ..
. r. == =. = . . = = = = =
= = = = = = = = s = =
= = = = = ~ = = = = = = =
= = = = = = = = = = == =
. . ... .. .. .. .. .. ~

qui suivent donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif.
Dans les exemples qui suivent on a utilisé
les alliage~axépertorié dans le tableau 1 dont les compositiorjlso/n r onnee galement dans le tableau 1.
Dans ces exemples, on a- suivi le mode opératoire général décrit ci-dessus, pour les étapes 1 à 5 et 8 et les étapes 6 et 7 ont été réalisées en utilisant des débits d'éthylène et d'ammoniac et des séquences d'enrichissement et/ou de diffusion différentes.
Dans tous 'les exemples, on réalise une étàpe préalable d'austénitisation sous vide à 10-2 hPa, à une température de 850 C, pendant 30 minutes. On effectue ensuite les étape 6) et 7) dans les conditions données dans le tableau 2. Dans ce tableau, on a spécifié également la référence des alliages utilisés dont les compositions sont données dans le tableau 1.
Dans les exemples 1 et 2, l'étape 6) correspond à une carbonitruration avec envoi simultané
d'éthylène et d' ammoniac et l' étape 7) est un traitement de diffusion sous vide.
Dans les exemples 3 et 4, l'étape 6) correspond à une carbonitruration avec envoi simultané
d'éthylène et d'ammoniac ( à un débit plus faible) et l'étape 7) est un traitement de nitruration par l'ammoniac seul. =
Dans les exemples 5 et 6, l'étape 6) correspond à une carburation et l'étape 7) à une 3Q nitruration.
Dans les exemples 7 à 9, l'étape 6) correspond à une carbonitruration avec envoi simultané
d'éthylène et d'ammoniac, mais le débit d'ammoniac est ~ . .
FEUILLE MODIFI E
8) introduction of nitrogen into the furnace for push.
It should be noted that steps 6) and 7) can be repeated several times if necessary.
When sending ethylene and ammonia, the pressure in the tank is preferably maintained at approximately 25 hPa.

Detailed description of the embodiments Other features and benefits of the invention will emerge from the examples of embodiments = CA 02326239 2000-10-25 . . = == = .. .... ..
. r. == =. =. . = = = = =
= = = = = = = = s = =
= = = = = ~ = = = = = = =
= = = = = = = = = = == =
. . ... .. .. .. .. .. ~

which are given, of course, for illustration and non-limiting.
In the following examples we used the alloys axéreported in Table 1 whose compositiorjlso / nr also in Table 1.
In these examples, the mode was followed general procedure described above, for steps 1 at 5 and 8 and steps 6 and 7 were done in using ethylene and ammonia flow rates and enrichment and / or dissemination sequences different.
In all the examples, a pre-vacuum austenitization step at 10-2 hPa, at a temperature of 850 C, for 30 minutes. We then perform steps 6) and 7) under the conditions given in Table 2. In this table, we have also specified the reference of the alloys used whose compositions are given in Table 1.
In examples 1 and 2, step 6) corresponds to carbonitriding with simultaneous sending of ethylene and ammonia and step 7) is a vacuum diffusion treatment.
In Examples 3 and 4, step 6) corresponds to carbonitriding with simultaneous sending ethylene and ammonia (at a lower flow rate) and step 7) is a nitriding treatment by ammonia alone. =
In Examples 5 and 6, step 6) corresponds to a carburization and step 7) to a Nitriding.
In Examples 7 to 9, step 6) corresponds to carbonitriding with simultaneous sending of ethylene and ammonia, but the flow of ammonia is ~. .
MODIFIED SHEET

9 très élevé et l'étape 7) est un traitement de diffusion sous vide.
Dans les exemples 10 à 16, on réalise seulement l'étape 6) qui correspond à une.
carbonitruration par envoi simultané d'éthylène et d'ammoniac, pendant une durée supérieure à celle des exemples précédents.
Les résultats obtenus dans chaque exemple, c'est-à-dire les profils d'enrichissement superficiel en carbone et en azote (en % en masse) pour chacun des alliages traités, sont donnés dans les tableaux 3 à 8.
Les résultats obtenus dans les exemples 1 à
6 sur des nuances classiques de carbonitruration sont voisins de ceux que l'on peut obtenir en réalisant une carbonitruration gazeuse classique.
Dans les exemples 7 à 9, on obtient de bons résultats en traitant des alliages plus riches en chrome, donc plus passifs.
Dans les exemples 10 à 16, on observe que l'on peut atteindre superficiellement des valeurs très élevées en azote sur des aciers inoxydables riches en chrome où les taux d'azote atteignent respectivement 2,86 et 4$ d'azote dans les exemples 14 et 15. Ainsi, l'azote remplace en partie le carbone superficiel, ce qui permet d'obtenir des couches avec des propriétés particulières.
Le procédé de l'invention est donc très avantageux car il conduit à des degrés d'enrichissement en azote beaucoup plus élevés que ceux que l'on peut obtenir avec les procédés classiques de carbonitruration où les teneurs en azote en surface sont au plus d'environ 0,3 %

Références citées [1] : Techniques de l'Ingénieur M 1226-8 à 14, Juillet 1994 [2]=: FR-A-2 663 953 Tableau 1 Acier C Ni Cr Mo V AI
20 NC 6 0,17 1,60 0,85 27 CD 4 0,27 1,0 0,2 20 CD 12 0,25 3,0 0,4 32 CDV 13 0,30 3,0 1,0 0,20 40 CAD 6.12 0,40 1,8 0,25 1,0 20 DN 34.13 0,20 3,0 3,5 Z 15 CN 17.03 0,16 2,0 17,0 Z 12 CNDV 12 0,12 2,5 11,5 1,6 0,30 Tableau 2 Ex Acier Etape 6) Etape 7) t durée C2H4 NH3 P t durée NH3 P
( C) (min) (1/h) (1/h) (hPa) ( C) (min) (1/n) (hPa) 1 20NC6 850 45 50 300 25 850 45 - 0,1 8 32CVD13 850 45 50 600 25 850 45 - 0,1 9 Z15CN17.03 13 40CAD6.12 850 360 50 300 25 Z15CN17.03 16 20DN34.13 Tableau 3 Ex 1 2 Alliage 20 NC 6 27 CD 4 Profondeur C% N % C% N %
(mm) 0,05 0,50 0,304 0,61 0,324 0,15 0,45 0,215 0,58 0,223 0,25 0,45 0,113 0,51 0,122 0,35 0,33 0,039 0,47 0,043 coeur 0,19 0,0059 0,27 0,0080 Tableau 4 Ex 3 4 Alliage 20 NC 6 27 CD 4 Profondeur C % N % C% N %
(MM) 0,05 0,72 0,297 0,75 0,279 0,15 0,66 0,203 0,69 0,189 0,25 0,57 0,114 0,61 0,102 0,35 0,46 0,049 0,51 0,037 coeur 0,19 0,0059 0,27 0,0081 Tableau 5 Ex 5 6 Alliage 20 NC 6 27 CD 4 Profondeur C% N% C% N%
(mm) 0,05 0,79 0,148 0,82 0,165 0,15 0,71 0,094 0,72 0,078 0,25 0,56 0,029 0,57 0,028 0,35 0,37 0,0092 0,44 0,012 coeur 0,19 0,0059 0,27 0,0081 Tableau 6 Ex 7 8 9 Alliage 27 CD4 32CDV13 Z15CN17.03 Profondeur C% N % C% N b C% N %
mm) 0,05 0,63 0,22 0,34 0,73 0,89 2,00 0,15 0,58 0,19 0,60 0,29 0,77 0,08 0,25 0,54 0,12 0,55 0,03 0,33 0,05 0,35 0,46 0,05 0,44 0,01 0,20 0,05 Tableau 7 Ex 10 11 12 13 Alliage 20NC6 27CD4 20CD12 40CAD6.12 Profondeur C% N% C 9b N% C% N% C% N%
(mm) 0,05 0,98 0,52 0,93 0,44 0,60 0,89 0,81 0,98 0,15 0,86 0,51 0,86 0,44 0,54 0,80 0,77 0,84 0,25 0,81 0,45 0,79 0,41 0,54 0,55 0,89 0,48 0,35 0,73 0,31 0,77 0,31 0,73 0,12 0,80 0,04 0,45 0,65 0,20 0,66 0,24 0,57 0,04 0,66 0,01 0,55 0,56 0,09 0,51 0,15 0,46 0,02 0,57 0,01 Tableau 8 Ex 14 15 16 Alliage Z12CNDV12 Z15CN17.03 20DN34.13 Profondeur C% N % C% N % C % N'6 mm) 0,05 0,41 2,86 0,61 4,00 0,57 0,53 0,15 2,07 0,26 2,45 0,36 0,53 0,41 0,25 1,32 0,07 1,21 0,08 0,50 0,31 0,35 1,62 0,04 0,51 0,05 0,46 0,19 0,45 0,22 0,03 0,26 0,04 0,40 0,11 0,55 0,14 0,03 0,20 0,04 0,35 0,08
9 very high and step 7) is a diffusion treatment under vacuum.
In Examples 10 to 16, it is realized only step 6) which corresponds to one.
carbonitriding by simultaneous sending of ethylene and ammonia, for a longer period than previous examples.
The results obtained in each example, that is to say the profiles of superficial enrichment carbon and nitrogen (in% by mass) for each of the treated alloys, are given in Tables 3 to 8.
The results obtained in Examples 1 to 6 on conventional shades of carbonitriding are neighbors of those that can be achieved by realizing a conventional carbonitriding gas.
In Examples 7 to 9, we obtain good results by dealing with alloys richer in chrome, so more passive.
In Examples 10 to 16, it is observed that we can superficially reach very high values high in nitrogen on stainless steels rich in chromium where the nitrogen levels reach respectively 2.86 and 4 $ of nitrogen in Examples 14 and 15. Thus, the nitrogen partly replaces the superficial carbon, this which allows to obtain layers with properties special.
The method of the invention is therefore very advantageous because it leads to degrees of enrichment in nitrogen much higher than those that we can get with the classic processes of carbonitriding where surface nitrogen levels are at most about 0.3%

References cited [1]: Techniques of the Engineer M 1226-8 to 14, July 1994 [2] = FR-A-2,663,953 Table 1 Steel C Ni Cr Mo V AI
20 CN 6 0.17 1.60 0.85 27 CD 4 0.27 1.0 0.2 20 CD 12 0.25 3.0 0.4 32 CDV 13 0.30 3.0 1.0 0.20 40 CAD 6.12 0.40 1.8 0.25 1.0 20 DN 34.13 0.20 3.0 3.5 Z 15 CN 17.03 0.16 2.0 17.0 Z 12 CNDV 12 0.12 2.5 11.5 1.6 0.30 Table 2 Ex Steel Step 6) Step 7) t duration C2H4 NH3 P t duration NH3 P
(C) (min) (1 / h) (1 / h) (hPa) (C) (min) (1 / n) (hPa) 1 20NC6 850 45 50 300 25 850 45 - 0.1 8 32CVD13 850 45 50 600 25 850 45 - 0.1 9 Z15CN17.03 13 40CAD6.12 850 360 50 300 25 Z15CN17.03 16 20DN34.13 Table 3 Ex 1 2 Alloy 20 NC 6 27 CD 4 Depth C% N% C% N%
(Mm) 0.05 0.50 0.304 0.61 0.324 0.15 0.45 0.215 0.58 0.223 0.25 0.45 0.113 0.51 0.122 0.35 0.33 0.039 0.47 0.043 heart 0.19 0.0059 0.27 0.0080 Table 4 Ex 3 4 Alloy 20 NC 6 27 CD 4 Depth C% N% C% N%
(MM) 0.05 0.72 0.297 0.75 0.279 0.15 0.66 0.203 0.69 0.189 0.25 0.57 0.114 0.61 0.102 0.35 0.46 0.049 0.51 0.037 heart 0.19 0.0059 0.27 0.0081 Table 5 Ex 5 6 Alloy 20 NC 6 27 CD 4 Depth C% N% C% N%
(Mm) 0.05 0.79 0.148 0.82 0.165 0.15 0.71 0.094 0.72 0.078 0.25 0.56 0.029 0.57 0.028 0.35 0.37 0.0092 0.44 0.012 heart 0.19 0.0059 0.27 0.0081 Table 6 Ex 7 8 9 Alloy 27 CD4 32CDV13 Z15CN17.03 Depth C% N% C% N% C% N%
mm) 0.05 0.63 0.22 0.34 0.73 0.89 2.00 0.15 0.58 0.19 0.60 0.29 0.77 0.08 0.25 0.54 0.12 0.55 0.03 0.33 0.05 0.35 0.46 0.05 0.44 0.01 0.20 0.05 Table 7 Ex 10 11 12 13 Alloy 20NC6 27CD4 20CD12 40CAD6.12 Depth C% N% C 9b N% C% N% C% N%
(Mm) 0.05 0.98 0.52 0.93 0.44 0.60 0.89 0.81 0.98 0.15 0.86 0.51 0.86 0.44 0.54 0.80 0.77 0.84 0.25 0.81 0.45 0.79 0.41 0.54 0.55 0.89 0.48 0.35 0.73 0.31 0.77 0.31 0.73 0.12 0.80 0.04 0.45 0.65 0.20 0.66 0.24 0.57 0.04 0.66 0.01 0.55 0.56 0.09 0.51 0.15 0.46 0.02 0.57 0.01 Table 8 Ex 14 15 16 Alloy Z12CNDV12 Z15CN17.03 20DN34.13 Depth C% N% C% N% C% N6 mm) 0.05 0.41 2.86 0.61 4.00 0.57 0.53 0.15 2.07 0.26 2.45 0.36 0.53 0.41 0.25 1.32 0.07 1.21 0.08 0.50 0.31 0.35 1.62 0.04 0.51 0.05 0.46 0.19 0.45 0.22 0.03 0.26 0.04 0.40 0.11 0.55 0.14 0.03 0.20 0.04 0.35 0.08

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Procédé de carbonitruration de pièces en alliage métallique, dans lequel on soumet lesdites pièces à l'action d'un mélange carburant constitué
d'éthylène et d'hydrogène et à l'action d'un gaz nitrurant constitué d'ammoniac, sous une pression inférieure à 100 hPa et à une température d'environ 750 à 1050°C.
1. Parts carbonitriding process made of metal alloy, in which the said parts to the action of a fuel mixture consisting of ethylene and hydrogen and to the action of a gas nitriding consisting of ammonia, under a pressure less than 100 hPa and at a temperature of approximately 750 to 1050°C.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression est de 10 à 100 hPa. 2. Method according to claim 1, in which the pressure is 10 to 100 hPa. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'alliage métallique est un acier. 3. Process according to any of the claims 1 and 2, wherein the metal alloy is a steel. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les débits d'éthylène et d'ammoniac, la température et la durée du traitement par le mélange carburant et le gaz nitrurant sont choisis de façon à
obtenir un enrichissement en azote de la surface de la pièce pouvant aller jusqu'à 4 % en masse.
4. Method according to claim 3, in which the ethylene and ammonia flows, the temperature and duration of the treatment by the mixture fuel and the nitriding gas are chosen so as to obtain a nitrogen enrichment of the surface of the piece up to 4% by mass.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'alliage métallique est un acier passivable comprenant 2 à 9% de chrome. 5. Process according to any of the claims 1 to 4, wherein the metal alloy is a passivable steel comprising 2 to 9% chromium. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'alliage métallique est un acier inoxydable comprenant 9 à 18 % de chrome. 6. Process according to any of claims 1 to 4, wherein the metal alloy is a stainless steel comprising 9 to 18% chromium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on soumet lesdites pièces à l'action simultanée du mélange carburant et du gaz nitrurant. 7. Process according to any of claims 1 to 6, wherein said subject is parts to the simultaneous action of the fuel mixture and the nitriding gas. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on soumet lesdites pièces successivement à l'action du mélange carburant, puis à l'action du gaz nitrurant. 8. Process according to any of the claims 1 to 6, wherein said subject is parts successively to the action of the fuel mixture, then to the action of the nitriding gas. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on soumet les pièces 1) à l'action simultanée du mélange carburant et du gaz nitrurant, puis 2) à l'action du gaz nitrurant seul. 9. Process according to any of claims 1 to 6, in which the parts are submitted 1) to the simultaneous action of the fuel mixture and the gas nitriding, then 2) the action of the nitriding gas alone. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel après avoir soumis les pièces à l'action du mélange carburant et du gaz nitrurant, on soumet les pièces à un traitement de diffusion sous vide, à une température d'environ 750 à
1050°C.
10. Process according to any of the claims 1 to 9, wherein after submitting the parts to the action of the fuel and gas mixture nitriding, the parts are subjected to a treatment of diffusion under vacuum, at a temperature of about 750 to 1050°C.
11. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on enrichit en azote la surface de ladite pièce jusqu'à une teneur de 2 % en masse. 11. Process according to claim 5, in which the surface of said part is enriched with nitrogen up to a content of 2% by mass. 12. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on enrichit en azote la surface de ladite pièce jusqu'à une teneur de 4 % en masse. 12. Process according to claim 6, in which the surface of said part is enriched with nitrogen up to a content of 4% by mass.
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