FR3081884A1

FR3081884A1 - Procede de cementation basse pression d'une piece comprenant de l'acier

Info

Publication number: FR3081884A1
Application number: FR1854876A
Authority: FR
Inventors: Bruno Petroix; Andre Marcarie
Original assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: EP3802904A1; US11293087B2; CN112218970A; FR3081884B1; US20210230732A1; WO2019234352A1

Abstract

Procédé de cémentation d'une pièce d'acier réalisant 1 à 30 cycles (C1, C2, C3, C4) consécutifs, chaque cycle (C1, C2, C3, C4) comprenant une étape (10) d'injection de gaz cémentant de manière à faire croître le taux surfacique de carbone jusqu'à un taux supérieur (14) prédéterminé, le gaz cémentant étant injecté à un débit compris entre 1000 Nl/h et 3000 Nl/h, à une température comprise entre 950°C et 1050°C, pendant une durée (t1), et une étape (12) d'injection d'un gaz neutre, de manière à faire décroître le taux surfacique de carbone de la pièce jusqu'à un taux inférieur (22) prédéterminé, l'étape d'injection de gaz neutre comprenant une première phase d'injection de gaz neutre, à un débit compris entre 1000 à 10000 Nl/h, pendant une durée (t2), suivie d'une deuxième phase d'injection de gaz neutre, à un débit compris entre 500 Nl/h et 3000 Nl/h, pendant une durée (t3).

Description

PROCÉDÉ DE CÉMENTATION BASSE PRESSION D’UNE PIÈCE COMPRENANT DE L’ACIER

DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention a pour objet un procédé de cémentation basse pression d’une pièce comprenant de l’acier.

ÉTAT DE L’ART [0002] Le terme de cémentation désigne un procédé classique du domaine de la métallurgie. Il s’agit d’un traitement thermochimique consistant à faire pénétrer superficiellement du carbone (C) dans une pièce en acier afin de la transformer, en surface, en un acier fortement carburé. On appelle acier un alliage métallique constitué principalement de fer (Fe) et de carbone (allant, pour le carbone (C), d’un taux massique proche de 0%, correspondant à des traces infimes, jusqu’à un taux de 2%). La teneur en carbone a une influence considérable sur les propriétés de l’acier. En dessous de 0,008% en carbone (C), par exemple, l’acier est plutôt malléable et on parle de «fer». La teneur en carbone (C) modifie notamment profondément la température de fusion et les propriétés mécaniques de l'acier. L’augmentation de la teneur en carbone d’un acier améliore la dureté (résistance opposée par une surface à la pénétration d'une pointe) de celui-ci et diminue son allongement à la rupture. L’augmentation du taux de carbone en surface permet ainsi d’accroître les propriétés mécaniques superficielles de la pièce, et d'augmenter sa résistance à l'usure et son endurance.

[0003] Grâce à la cémentation, on crée un gradient de carbone décroissant en direction du cœur de la pièce. La concentration en carbone est ainsi enrichie à la surface de la pièce. Le procédé de cémentation est connu depuis plus de cent ans, sa mise en œuvre a beaucoup évolué depuis ses débuts, et elle se pratique sous forme gazeuse depuis plus de 20 ans. En particulier, aujourd’hui, la méthode la plus fréquemment utilisée est la cémentation gazeuse basse pression (CBP) qui est un processus de cémentation réalisé dans une enceinte de cémentation sous vide, et qui utilise des hydrocarbures gazeux à très basse pression et à température élevée afin d'obtenir une couche de surface enrichie en carbone et durcie.

[0004] La difficulté de la cémentation CBP réside dans la limitation de la profondeur de diffusion du carbone, en particulier lors de la cémentation de matériaux très sensibles à la présence de carbone, tels que les alliages Ferrium® C61™ et Ferrium® C64™ commercialisés par la société Questek, et pour lesquels il ne faut pas dépasser un taux de 0,5% de carbone (C) en surface.

[0005] En effet, les alliages Ferrium® C61 ™ et C64™ diffèrent des compositions classiques (par exemple des compositions comprenant 0,16% de carbone (C), 3% de nickel (Ni), moins de 1% de chrome (Cr) et des traces de molybdène (Mo) par des taux plus élevés en carbone (C) et en éléments gammagènes : par exemple des taux de l’ordre de 0,2% de carbone (C), 9% de nickel (Ni), 3,5% de chrome (Cr) et 1% de molybdène (Mo).

[0006] Les éléments gammagènes, parmi lesquels figurent notamment le cobalt (Co), le nickel (Ni), l’azote (N), le cuivre (Cu), sont des éléments d’addition qui augmentent la plage de stabilité d’un allotrope particulier du fer : l'austénite. L’austénite permet une grande solubilité du carbone. La grande majorité des aciers dits inoxydables sont austénitiques et ils combinent une bonne résistance à la corrosion avec des propriétés mécaniques élevées.

[0007] Cependant, ces alliages Ferrium® C61™ et Ferrium® C64™ comportent également un taux plus élevé d’éléments alphagènes, tels que le molybdène (Mo) et le chrome (Cr). Les éléments alphagènes tendent, quant à eux, à déstabiliser l'austénite, au profit de la ferrite. La ferrite est un allotrope de l’acier dissolvant mal le carbone (C) et présentant des propriétés ferromagnétiques à faibles températures. Ainsi, dès que la concentration en carbone (C) devient trop élevée, on observe la précipitation de complexes ferriques formant des corps indésirables avec un effet catastrophique sur la microstructure de la pièce en acier. En effet, ces précipités ferriques prennent la forme de carbures formant des réseaux qui renforcent localement la dureté de la pièce mais qui fragilisent la pièce dans son ensemble.

[0008] Ainsi, il faut pouvoir cémenter la pièce dans les bonnes proportions de carbone (C) afin de renforcer les propriétés mécaniques surfaciques de la pièce, sans altérer la microstructure de celle-ci.

[0009] Pour les alliages Ferrium® C61™ et Ferrium® C64™, les propriétés souhaitées sont particulièrement dépendantes des variations de la structure métallographique et du taux surfacique de carbone (C). Ces deux caractéristiques dépendent directement des traitements thermochimiques mis en place lors des procédés de cémentation. L’obtention d’une structure présentant les caractéristiques nécessaires au bon usage de la pièce dépend donc directement des paramètres définis lors de la cémentation.

[0010] L’invention vise à atteindre cet objectif. Elle propose ainsi un procédé de cémentation basse pression adapté aux pièces en acier comportant des éléments alphagènes et gammagènes.

EXPOSÉ DE L’INVENTION [0011] L’invention a ainsi pour objet un procédé de cémentation basse pression d’une pièce comprenant, notamment en surface, de l’acier, ledit acier comprenant, en pourcentage en poids :

- de 0,10% à 0,20% en carbone (C),

- de 0,1% à 20% en cobalt (Co),

- de 2% à 15% en nickel (Ni),

- de 1 % à 10% de chrome (Cr), caractérisé en ce que ledit procédé comprend :

a) une étape de mise en place de ladite pièce dans une enceinte de cémentation, et

b) la réalisation de 1 à 30 cycles consécutifs de cémentation, chaque cycle comprenant :

i) une étape d’injection de gaz cémentant, dit dans le cas présent « étape de carburation >>, dans l’enceinte de cémentation, de manière à enrichir en carbone la surface de la pièce et à faire croître le taux surfacique de carbone de la pièce jusqu’à un taux surfacique supérieur prédéterminé, le gaz cémentant étant injecté dans l’enceinte à un débit compris entre 1000 Nl/h et 3000 Nl/h, la température de l’enceinte étant comprise entre 950°C et 1050°C, et pendant une durée comprise entre 30 et 250s, et ii) une étape d’injection d’un gaz neutre dans l’enceinte de cémentation, de manière à faire diffuser le carbone de la surface vers l’intérieur de la pièce, et à faire décroître le taux surfacique de carbone de la pièce jusqu’à un taux surfacique inférieur prédéterminé, l’étape d’injection de gaz neutre comprenant une première phase d’injection de gaz neutre, à un débit compris entre 1000 à 10000 Nl/h, et pendant une durée comprise entre 5 et 60s, suivie d’une deuxième phase d’injection de gaz neutre, à un débit compris entre 500 Nl/h et 3000 Nl/h, et pendant une durée comprise entre 10 et 2000s.

[0012] Ceci permet de réaliser une cémentation sous atmosphère inerte, en particulier sous pression partielle de gaz neutre (par exemple du diazote (N2)) et non plus sous vide. La diffusion est ainsi réalisée sous pression partielle de gaz neutre après une phase de purge à l’aide d’un débit élevé de gaz neutre). On obtient ainsi des structures saines, exemptes de précipités intergranulaires formant des réseaux et présentant un taux d’austénite résiduelle acceptable.

[0013] La multiplication des étapes d’injection permet de ne pas sursaturer la surface de l’austénite, et d’apporter la juste quantité de carbone (C) dans des limites maximales d’absorption par diffusion en subsurface de l’acier (cette absorption étant fonction de la profondeur cémentée recherchée). Par conséquent, cette multiplication des étapes d’injection permet d’éviter la formation de composés indésirables, en particulier dans la zone sub-surfacique (par exemple, des précipités de cémentite aux joints de grains).

[0014] Ainsi donc, l’étape d’injection permet donc l’enrichissement en carbone (C), et l’étape de diffusion permet la dilution et la diffusion de cet enrichissement de carbone (C) dans l’austénite de manière à atteindre la profondeur recherchée. Cette diffusion évite ainsi la sursaturation en surface et la précipitation du carbone (C) qui peut éventuellement conduire à des dépôts de suie néfastes à l’enrichissement de l’acier.

[0015] Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes ci-dessous, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

- le taux de carbone surfacique supérieur prédéterminé est le même pour tous les cycles,

- le gaz cémentant est choisi parmi le propane (C₃H₈) et l’acétylène (C₂H₂),

- le gaz cémentant présente un taux de dilution compris entre 0 et 75%, un très faible taux de dilution étant à privilégier pour les fortes profondeurs de cémentation et alors qu’un taux de dilution très élevé est à privilégier pour les (très)faibles profondeurs de cémentation,

- le gaz cémentant est injecté à une pression comprise entre 0,1 bar et 3 bar en veillant à respecter une pression d’enceinte correspondante,

- le gaz neutre est choisi parmi le diazote (N₂) et l’argon (Ar),

- le gaz neutre est injecté à une pression comprise entre 0,1 et 7 bar et,

- après la réalisation du dernier cycle de cémentation, le procédé comporte une étape de diffusion finale suivie d’une étape de refroidissement durant laquelle la vitesse de refroidissement est comprise entre 7°C/min et 200°C/min,

- l’étape de refroidissement suivant l’étape de diffusion finale est réalisée hors de l’enceinte de cémentation, dans une cellule de refroidissement dédiée.

- le taux massique de carbone (C) surfacique, à l’issue de l’étape de refroidissement, est compris entre [0,4] et [0,6]%.

- la pression dans l’enceinte de cémentation comprise entre 0,002 bar et 0,025 bar, l’augmentation de pression visant à améliorer la cémentation de zones confinées,

- la pièce est constituée dudit acier.

DESCRIPTION DES FIGURES [0016] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est un schéma d’une enceinte de cémentation basse pression dans laquelle est déposée une pièce destinée à être cémentée selon le procédé de la présente invention ;

- la figure 2 est un graphique schématisé du taux massique de carbone (C) présent en surface d’une pièce soumise à un procédé de cémentation basse pression selon l’invention, en fonction du temps,

- la figure 3 est une représentation graphique du taux massique de carbone (C) présent dans la pièce en fonction de l’éloignement de la surface vers le cœur de ladite pièce, et à différentes étapes d’un cycle du procédé selon l’invention, pour un échantillon de fer pur.

DESCRIPTION DETAILLEE [0017] Le procédé décrit ici s’applique avantageusement à une pièce 1 comprenant ou étant constituée d’un acier comportant des éléments alphagènes et gammagènes, ledit acier comprenant, par exemple, en pourcentage en poids :

- de 0,10% à 0,20% en carbone (C),

- de 0,1% à 20% en cobalt (Co),

- de 2% à 15% en nickel (Ni),

- de 1 % à 10% en chrome (Cr).

[0018] Le procédé s’applique de préférence à une pièce 1 comprenant ou étant constituée d’un alliage de type Ferrium® C61™ et Ferrium® C64™. L’alliage Ferrium® C61 ™ est un acier de composition :

- 0,15% en carbone (C),

- 3,5% en chrome (Cr)

- 9,5% en nickel (Ni)

-18% en cobalt (Co),

-1,1% en molybdène (Mo),

- 0,08% en vanadium (V).

[0019] L’alliage Ferrium® C64™ est un acier de composition :

- 0,11% en carbone (C),

- 3,5% en chrome (Cr)

- 7,5% en nickel (Ni)

-16,3% en cobalt (Co),

-1,75% en molybdène (Mo),

- 0,2% en tungstène (W),

- 0,02% en vanadium (V).

[0020] Dans le présent exemple, l’alliage testé est le fer pur.

[0021] Comme visible sur la figure 1, le procédé selon l’invention se compose d’un ou plusieurs cycles qui se succèdent. Dans l’exemple illustré en figure 2, il met en oeuvre une succession de quatre cycles C1, C2, C3, C4. Chaque cycle C1, C2, C3, C4 comporte une étape 10 d’injection d’un gaz cémentant, par exemple du propane (C₃H₈) ou de l’acétylène (C₂H₂), suivie d’une étape 12 d’injection d’un gaz neutre, par exemple de l’argon (Ar) ou du diazote (N₂). Il s’agit d’une étape 12 de diffusion sous pression partielle d’un gaz neutre. De préférence, chaque étape 10 d’injection du gaz cémentant est directement suivie de l’étape 12 d’injection de gaz neutre.

[0022] Le procédé comprend tout d’abord une étape de mise en place de la pièce 1 dans une enceinte de cémentation 2, comme visible sur la figure 1. Cette enceinte de cémentation 2 comporte notamment une entrée de gaz 3 et une sortie de gaz 4 et peut être fermée de manière étanche et isotherme.

[0023] Une fois que la pièce 1 est mise en place dans l’enceinte 2 de cémentation, celle-ci est refermée et portée en température. Une fois que la pièce 1 a atteint une température stabilisée visée, la succession de cycles C1, C2, C3, C4 commence.

[0024] Tel qu’illustré en figure 2, la première étape de chaque cycle C1, C2, C3, C4 est une étape 10 d’injection de gaz cémentant, (également appelée étape d’enrichissement en carbone) dans l’enceinte de cémentation 2. Cette étape 10 d’enrichissement a une durée ti comprise entre 30 et 250s, de préférence entre 50 et 150s. La durée ti de l’étape d’enrichissement 10 est fonction d’un taux surfacique supérieur 14 de carbone (C) prédéterminé et visé in fine (c’est-à-dire qu’il s’agit d’une température destinée à être atteinte en fin de procédé) en surface de la pièce 1. Par « surface >> on entend ici une profondeur sensiblement nulle, de préférence nulle. Dans des conditions optimales, ce taux surfacique supérieur 14 peut correspondre à la limite de solubilité du carbone (C) dans l’austénite, à la température de cémentation donnée. Ce taux surfacique supérieur 14 est typiquement supérieur au taux 16 de carbone (C) surfacique initial de la pièce 1 à traiter.

[0025] Pendant cette étape d’enrichissement 10, le gaz cémentant est injecté dans l’enceinte de cémentation 2 à un débit compris entre 1000 Nl/h et 3000 Nl/h (de préférence entre 1300 et 1700 Nl/h), la température de cémentation étant comprise entre 950°C et 1050°C (et de préférence égale à 1000°C ± 10°C). En particulier, le taux de dilution du gaz cémentant injecté est compris entre 0 et 75%, de préférence entre 0 et 25%, et le gaz cémentant est injecté à une pression comprise entre 0,1 bar et 3 bar, de préférence égale à 230±50 mbar. Par « taux de dilution >> on parle ici d’une dilution du gaz cémentant dans un gaz neutre, typiquement, le gaz neutre argon (Ar) ou diazote (N₂).

[0026] Pendant l’étape 10 d’enrichissement, on assiste à une saturation partielle ou totale de l’austénite en surface de la pièce d’acier. Le taux de carbone maximum (C) 14 souhaité à la fin de l’étape 10 d’enrichissement dépend de la nuance d’acier ainsi que de la température à laquelle s’effectue la cémentation.

[0027] A l’issue de l’étape 10 d’injection du gaz cémentant, on fait diffuser les molécules de carbone (C) venues enrichir le taux de carbone (C) de la pièce 1, vers le cœur de ladite pièce 1, afin d’en homogénéiser la composition, comme visible sur la figure 3.

[0028] La figure 3 représente le profil carbone d’une pièce 1 soumise au procédé selon l’invention, c’est-à-dire le taux massique de carbone présent dans la pièce 1 en fonction de l’éloignement de la surface vers le cœur de ladite pièce 1, c’est-à-dire de la profondeur de la pièce 1. La figure 3 illustre à la fois un taux de carbone (C) 18 (en pointillés) à l’issue de l’étape 10 d’enrichissement, avant le début de l’étape 12 de diffusion, et un taux de carbone (C) 20 (en trait plein) à l’issue de l’étape 12 de diffusion. On voit ainsi que le taux de carbone (C) 18 en fonction de la profondeur à l’issue de l’étape 10 d’enrichissement présente une décroissance sensiblement exponentielle : en surface de la pièce, le taux de carbone (C) 18 et très élevé, alors qu’à une profondeur de 0,2 mm, ce taux 18 est égal à une valeur proche de 0 (dans le cas de l’échantillon en fer pur utilisé pour les mesures illustrées par la figure 3).

[0029] La deuxième étape de chaque cycle C1, C2, C3, C4 est une étape 12 de diffusion. Cette étape 12 de diffusion se déroule sous atmosphère neutre et nécessite ainsi, comme indiqué plus haut, l’injection d’un gaz neutre tel que le diazote (N₂) ou l’argon (Ar) dans l’enceinte de cémentation 2. Ainsi, dès que l’étape d’enrichissement 10 est terminée, du gaz neutre est injecté dans l’enceinte de cémentation 2.

[0030] Le balayage de gaz généré lors de l’entrée de gaz neutre rend plus efficiente l’élimination des molécules de gaz cémentant en surface de la pièce 1. En effet cette élimination des molécules de gaz stoppe de facto l’enrichissement en cours. Dans une atmosphère sous vide, l’élimination de ces molécules est beaucoup plus lente.

[0031] Plus particulièrement, l’étape 12 de diffusion se compose de deux phases : une phase de purge du gaz cémentant d’une durée t₂comprise entre 5 et 60s (de préférence 10±5s), et une phase de diffusion à proprement parler, d’une durée t₃ comprise entre 10 et 2000s (de préférence 30 à 2000s). La durée de l’étape 12 de diffusion est donc, comme visible sur la figure 2, de (t₂+t₃).

[0032] Dans l’exemple choisi, les valeurs ti, t₂ t₃ ont été prises identiques pour simplification. Dans les faits, suivant la finesse de traitement souhaitée, elles sont souvent appelées à être modifiées (ajustées) d’un cycle C1, C2, C3, C4 à l’autre.

[0033] La différence entre les deux phases de l’étape 12 de diffusion réside dans le débit d’injection du gaz neutre. Pendant la durée t₂ de la phase de purge, le gaz neutre est injecté dans l’enceinte de cémentation 2 à un débit compris entre 1000 et 10000 Nl/h, de préférence égal à 6000±500 Nl/h, à une pression de gaz neutre dans l’enceinte 2 comprise entre 0,1 et 7 bar, de préférence égale à 230±50 mbar. Pendant la durée de t₃ chaque phase de diffusion, après la phase de purge, le gaz neutre est injecté à un débit compris entre 500 Nl/h et 3000 Nl/h, de préférence égal à 1800±500 Nl/h, la pression dans l’enceinte de cémentation 2 étant comprise entre 2 et 25 mbar, de préférence comprise entre 7 et 13 mbar.

[0034] Comme visible sur la figure 3, à l’issue de l’étape de diffusion 12, on constate que le taux de carbone (C) 20 en fonction de la profondeur de la pièce 1 présente sensiblement un plateau, pour une profondeur allant de de 0 à 0,1 mm, avant de décroître pour atteindre un taux égal à une valeur proche de 0 (pour l’échantillon de fer pur dont les valeurs sont illustrées en figure 3) pour une profondeur de 0,2 mm.

[0035] Sur la figure 2, on voit que le taux de carbone surfacique (C) inférieur 22 prédéterminé à la fin de l’étape 12 de diffusion (comprenant une phase de purge et une phase de diffusion), est inférieur au taux de carbone (C) surfacique supérieur 14 qui avait été obtenu à l’issue de l’étape 10 d’enrichissement. Ce taux surfacique inférieur 22 prédéterminé peut être toutefois supérieur au taux surfacique 16 initial.

[0036] Il est toutefois important de garder à l’esprit que le taux surfacique inférieur ne correspond ni à valeur physique, ni à une caractéristique du matériau, ni à une valeur figée ou pilotée. La valeur de ce taux surfacique inférieur 22 est obtenue en aval des modalités de mise en œuvre de la cémentation visée par la présente invention à savoir, très globalement :

- le matériau traité et la profondeur cémentée visée,

- les caractéristiques de l’installation de cémentation utilisée.

La valeur précise de ce taux surfacique inférieur 22 n’est in fine ni mesurée, ni réellement connue.

[0037] Le procédé étant cyclique, après l’étape 12 de diffusion d’un cycle donné C1, C2, C3, on passe à un nouveau cycle C2, C3, C4 et donc à une nouvelle étape 10 d’enrichissement. Les étapes d’enrichissement 10 et de diffusion 12 se succèdent de manière cyclique et le nombre de cycles C1, C2, C3, C4 est compris entre 1 et 30, de préférence entre 1 et 15. Comme visible sur la figure 1, les taux de carbone (C) supérieur 14 et inférieur 22 en surface obtenus à l’issue des différentes étapes 10, 12 restent inchangés tout au long du procédé. A titre d’exemple, un nombre de quatre cycles C1, C2, C3, C4 a été illustré en figure 2.

[0038] Une modification du nombre de cycle impacte taux de carbone maximum (C) 14 souhaité et le taux surfacique inférieur 22 prédéterminé, ainsi que la profondeur diffusée totale et le profil carbone final.

[0039] Lorsque le nombre de cycles C1, C2, C3, C4 désiré a été atteint, après la dernière phase de diffusion de la dernière étape 12 de diffusion du dernier cycle C4, une étape 24 de diffusion finale puis une étape de refroidissement sont mises en œuvre, et l’on observe une chute de du taux de carbone (C) superficiel. Le refroidissement peut être réalisé hors de l’enceinte de cémentation 2, dans une cellule de refroidissement dédiée (non représentée). Le refroidissement permet de réduire progressivement la température de la pièce 1 depuis sa température de cémentation jusqu’à une température propre à la manipulation de la pièce

1. La vitesse de refroidissement de l’enceinte de cémentation 2 ou de l’enceinte dédiée est comprise entre 7°C/min et 200°C/min, de préférence 120±50 °C/min.

[0040] Suite à cette étape 24 de diffusion finale, le taux de carbone (C) surfacique final 26 est inférieur au taux de carbone (C) inférieur 22 obtenu en fin d’étape 12 de diffusion, mais il peut être supérieur au taux 16 initial, comme visible sur la figure 2.

[0041] Le taux de carbone (C) surfacique final 26 vise à être le plus proche possible du taux surfacique optimal théorique (0,5% en masse pour les aciers Ferrium).

[0042] Selon la composition chimique de l’acier et la nature des zones à cémenter, les taux surfaciques inférieurs 22 et supérieurs 14 visés et obtenus résultent des paramètres physiques de la pièce 1 à cémenter et de ceux de l’enceinte de cémentation 2 utilisée.

[0043] Différentes combinaisons des différents intervalles de valeurs de paramètres données ci-dessus permettent d’obtenir des traitements thermochimiques de la pièce 1 traitée différents. Ces différences portent notamment sur la profondeur cémentée et sur le type de structure cémentée obtenue. La forme de la pièce 1 cémentée (par exemple des pièces présentant des dentures) doit aussi être prise en compte lors du réglage des paramètres du procédé de cémentation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de cémentation basse pression d’une pièce (1) comprenant de l’acier, ledit acier comprenant, en pourcentage en poids :

- de 0,10% à 0,20% en carbone (C),

- de 0,1 % à 20% en cobalt (Co),

- de 2% à 15% en nickel (Ni),

- de 1 % à 10% de chrome (Cr), caractérisé en ce que ledit procédé comprend :

a) une étape de mise en place de ladite pièce (1) dans une enceinte de cémentation (2), et

b) la réalisation de 1 à 30 cycles (C1, C2, C3, C4) consécutifs de cémentation, chaque cycle (C1, C2, C3, C4) comprenant :

i) une étape (10) d’injection de gaz cémentant dans l’enceinte de cémentation (2), de manière à enrichir en carbone la surface de la pièce (1 ) et à faire croître le taux surfacique de carbone de la pièce (1 ) jusqu’à un taux surfacique supérieur (14) prédéterminé, le gaz cémentant étant injecté dans l’enceinte (2) à un débit compris entre 1000 Nl/h et 3000 Nl/h, la température de l’enceinte (2) étant comprise entre 950°C et 1050°C, et pendant une durée (t-ι) comprise entre 30 et 250s, et ii) une étape (12) d’injection d’un gaz neutre dans l’enceinte de cémentation (2), de manière à faire diffuser le carbone de la surface vers l’intérieur de la pièce (1 ), et à faire décroître le taux surfacique de carbone de la pièce (1) jusqu’à un taux surfacique inférieur (22) prédéterminé, l’étape (12) d’injection de gaz neutre comprenant une première phase d’injection de gaz neutre, à un débit compris entre 1000 à 10000 Nl/h, et pendant une durée fejcomprise entre 5 et 60s, suivie d’une deuxième phase d’injection de gaz neutre, à un débit compris entre 500 Nl/h et 3000 Nl/h, et pendant une durée (t₃) comprise entre 10 et 2000s.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le taux de carbone (C) surfacique supérieur (14) prédéterminé est le même pour tous les cycles (C1, C2, C3, C4),
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz cémentant est choisi parmi le propane (C₃H₈) et l’acétylène (C₂H₂).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz cémentant présente un taux de dilution compris entre 0 et 75%.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz cémentant est injecté à une pression comprise entre 0,1 bar et 3 bar.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que gaz neutre est choisi parmi le diazote (N₂) et l’argon (Ar).
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz neutre est injecté à une pression comprise 0,1 bar et 7 bar.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte, en outre, après la réalisation des cycles (C1, C2, C3, C4) de cémentation, une étape de diffusion finale (24) suivie d’une étape de refroidissement durant laquelle la vitesse de refroidissement est comprise entre 7°C/min et 200°C/min.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de refroidissement suivant l’étape de diffusion finale (24) est réalisée hors de l’enceinte de cémentation (2), dans une cellule de refroidissement dédiée.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le taux 5 massique de carbone (C) surfacique, à l’issue de l’étape de refroidissement, est compris entre 0,4 et 0,6 %.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression dans l’enceinte de cémentation (2) est

10 comprise entre 0,002 bar et 0,025 bar.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (1 ) est constituée dudit acier.