Qu'est-ce que la carburation ? - Définition, types et processus

Qu'est-ce que la carburation ?

La cémentation est un processus de cémentation dans lequel le carbone se diffuse dans la couche superficielle d'une pièce en acier à une température suffisamment élevée pour modifier la structure du grain de l'acier. Ce changement permet à l'acier d'absorber le carbone. Le résultat est une couche résistante à l'usure qui fait de la carburation un processus idéal dans la production de métaux solides et sûrs.

La carburation est un processus de traitement thermique dans lequel le fer ou l'acier absorbe le carbone tandis que le métal est chauffé en présence d'un matériau contenant du carbone, tel que le charbon de bois ou le monoxyde de carbone. L'intention est de rendre le métal plus dur.

Selon le temps et la température, la zone affectée peut varier en teneur en carbone. Des temps de carburation plus longs et des températures plus élevées augmentent généralement la profondeur de diffusion du carbone.

Lorsque le fer ou l'acier est refroidi rapidement par trempe, la teneur en carbone plus élevée sur la surface extérieure devient dure en raison de la transformation de l'austénite en martensite, tandis que le noyau reste doux et résistant en tant que microstructure ferritique et/ou perlitique.

Ce processus de fabrication peut être caractérisé par les points clés suivants :

• Il est appliqué aux pièces à faible teneur en carbone ;
• Les pièces sont en contact avec un gaz, liquide ou solide à haute teneur en carbone ;
• Il produit une surface de pièce dure ; les noyaux des pièces conservent en grande partie leur ténacité et leur ductilité, et
• Il produit des profondeurs de dureté allant jusqu'à 0,25 pouce (6,4 mm).

Dans certains cas, il sert de remède à la décarburation indésirable qui s'est produite plus tôt dans un processus de fabrication.

Méthode de carburation

La carburation de l'acier implique un traitement thermique de la surface métallique à l'aide d'une source de carbone. La carburation peut être utilisée pour augmenter la dureté de surface de l'acier à faible teneur en carbone. La carburation ancienne utilisait une application directe de charbon de bois autour de l'échantillon à traiter, mais les techniques modernes utilisent des gaz carbonés ou des plasmas.

Le processus dépend principalement de la composition du gaz ambiant et de la température du four, qui doivent être soigneusement contrôlées, car la chaleur peut également avoir un impact sur la microstructure du reste du matériau. Pour les applications où un grand contrôle sur la composition du gaz est souhaité, la carburation peut avoir lieu sous de très basses pressions dans une chambre à vide.

La cémentation plasma est de plus en plus utilisée pour améliorer les caractéristiques de surface de divers métaux, notamment l'acier inoxydable. Le procédé est respectueux de l'environnement. Il fournit également un traitement uniforme des composants à géométrie complexe, ce qui le rend très flexible en termes de traitement des composants.

Le processus de carburation fonctionne via la diffusion d'atomes de carbone dans les couches superficielles du métal. Comme les métaux sont constitués d'atomes étroitement liés dans un réseau cristallin métallique, les atomes de carbone se diffusent dans la structure cristalline du métal et restent en solution ou réagissent avec des éléments du métal hôte pour former des carbures.

Si le carbone reste dans une solution solide, l'acier est ensuite traité thermiquement pour le durcir. Ces deux mécanismes renforcent la surface du métal, le premier par formation de perlite ou martensite, et le second par formation de carbures. Ces deux matériaux sont durs et résistent à l'abrasion.

La cémentation gazeuse est normalement effectuée à une température comprise entre 900 et 950 °C.

Dans le soudage oxyacétylène, une flamme de cémentation est une flamme contenant peu d'oxygène, ce qui produit une flamme de suie à basse température. Il est souvent utilisé pour recuire le métal, le rendant plus malléable et flexible pendant le processus de soudage.

Types de carburation

Dans le passé, selon la source de carbone, il existait trois types de méthodes de cémentation :la cémentation solide, la cémentation liquide et la cémentation gazeuse. Le charbon de bois, le sel fondu et les gaz contenant du carbone tels que le gaz naturel et le propane sont utilisés en conséquence.

Il existe trois types de carburation couramment utilisés :

• Carburation gazeuse
• Liquides de carburation
• Carburation solide

Les trois procédés sont basés sur la transformation de l'austénite en martensite lors de la trempe. L'augmentation de la teneur en carbone à la surface doit être suffisamment élevée pour aboutir à une couche martensitique avec une dureté suffisante, généralement 700 HV, pour fournir une surface résistante à l'usure.

La teneur en carbone requise en surface après diffusion est généralement de 0,8 à 1,0% C. Ces procédés peuvent être réalisés sur une variété d'aciers au carbone, d'aciers alliés et de fontes, dans lesquels la teneur en carbone dans la masse est au maximum de 0,4 % et généralement moins de 0,25 %. Un traitement thermique incorrect peut entraîner une oxydation ou une décarburation.

Bien qu'il s'agisse d'un processus relativement lent, la carburation peut être utilisée en continu et convient à la trempe de surface à grand volume.

1. Carburation au gaz

Dans la cémentation gazeuse, consiste à chauffer l'acier au carbone à la température d'austénitisation en présence d'une atmosphère riche en carbone. Il est courant d'utiliser un gaz porteur, tel qu'un gaz endothermique ("Endo") avec un enrichissement en hydrocarbures (gaz naturel ou propane).

Le composant est maintenu dans un four qui contient une atmosphère de méthane ou de propane avec un gaz porteur neutre, généralement un mélange de N2, CO, CO2, H2 et CH4. À la température de carburation, le méthane (ou le propane) se décompose à la surface du composant en carbone atomique et en hydrogène, le carbone se diffusant dans la surface.

La température est typiquement de 925°C et les temps de cémentation vont de 2 heures pour un logement d'une profondeur de 1 mm à un maximum de 36 heures pour un logement d'une profondeur de 4 mm. Le milieu de trempe est généralement de l'huile, mais il peut s'agir d'eau, de solution saline, de soude caustique ou de polymère.

2. Cémentation sous vide

Ce processus de carburation implique un environnement à basse pression et sans oxygène. Ce procédé utilise des hydrocarbures gazeux comme le méthane. L'environnement étant exempt d'oxygène, la température de carburation peut être augmentée sans se soucier de l'oxydation. Plus la température est élevée, plus la solubilité du carbone et le taux de diffusion sont élevés, ce qui minimise le temps nécessaire pour la profondeur du cas

3. Carburation liquide

La cémentation liquide est un procédé utilisé pour la cémentation de pièces en acier ou en fer. Les pièces sont maintenues à une température supérieure à Ac1 dans un sel fondu qui introduit du carbone et de l'azote, ou du carbone seul, dans le métal. La plupart des bains de cémentation liquides contiennent du cyanure, qui introduit à la fois du carbone et de l'azote dans le boîtier.

Les liquides ou les cyanures sont carburés en plaçant le composant dans un bain de sel à une température de 845 à 955 ° C. Le sel est généralement un mélange cyanure-chlorure-carbonate et est très toxique. Les sels de cyanure introduisent une petite quantité d'azote dans la surface, ce qui améliore encore sa dureté. Bien qu'il s'agisse du processus de carburation le plus rapide, il ne convient qu'aux petites tailles de lots.

4. Carburation Solide (Pack Carburation)

Dans la cémentation solide ou en pack, le monoxyde de carbone dérivé d'un composé solide se décompose à la surface du métal en carbone naissant et en dioxyde de carbone. Les conteneurs de carburation sont en acier au carbone, en acier au carbone revêtu d'aluminium ou en alliages fer-nickel-chrome résistant à la chaleur.

Les composants sont entourés d'un milieu de cémentation et placés dans une boîte étanche. Le médium est généralement du coke ou du charbon de bois mélangé à du carbonate de baryum. Le processus est en réalité un processus de carburation gazeuse car le CO produit se dissocie en CO2 et en carbone qui diffusent à la surface des composants.

Les températures sont typiquement de 790 à 845°C pour des durées de 2 à 36 heures. La carburation de la garniture est le processus de carburation le moins sophistiqué et reste donc une méthode largement utilisée.

Carbonitruration

La carbonitruration est effectuée sur une section d'acier similaire, bien que la teneur en carbone en masse puisse être de 0,4 à 0,5%. La méthode est particulièrement adaptée pour durcir la surface des composants qui nécessitent un noyau durci, tels que B. les engrenages et les arbres.

La carbonitruration est une modification de la cémentation des gaz dans laquelle l'ammoniac est ajouté au méthane ou au propane et est la source d'azote.

FAQ.

Qu'est-ce que la carburation ?

La carburation est un cas du processus de durcissement dans lequel le carbone se diffuse dans la couche superficielle d'une pièce en acier à une température suffisamment élevée pour modifier la structure du grain de l'acier. Ce changement permet à l'acier d'absorber le carbone.

Quel est le processus de carburation ?

La carburation est un processus thermochimique dans lequel le carbone est diffusé dans la surface des aciers à faible teneur en carbone pour augmenter la teneur en carbone à des niveaux suffisants pour que la surface réponde au traitement thermique et produise une couche dure et résistante à l'usure. Il existe trois types de cémentation couramment utilisés :la cémentation gazeuse.

Quels sont les trois types de carburation ?

Historiquement, il existe trois types de méthodes de cémentation en fonction de la source de carbone :la cémentation solide, la cémentation liquide et la cémentation gazeuse. Le charbon de bois, le sel fondu et les gaz contenant du carbone, tels que le gaz naturel et le propane, sont utilisés en conséquence.

Quels sont les types de carburation ?

Types de carburation

• Pack Carburation
• Cémentation du gaz
• Cémentation sous vide
• Cémentation liquide

Quel est le but de la carburation ?

Le but de ce processus est de rendre le métal plus dur et plus maniable. La dureté de l'acier à faible teneur en carbone peut être améliorée par l'ajout de carbone sous une certaine forme de traitement thermique. Lorsqu'il est exécuté avec succès, il peut améliorer la dureté de surface de l'acier.

Pourquoi la cémentation est-elle effectuée pour l'acier ?

La carburation augmente la résistance et la résistance à l'usure en diffusant du carbone dans la surface de l'acier créant un boîtier tout en conservant une dureté sensiblement moindre dans le noyau. Ce traitement est appliqué aux pièces en acier à faible teneur en carbone après usinage, ainsi qu'aux roulements, engrenages et autres composants en acier fortement allié.

Qu'est-ce que la cémentation et la nitruration ?

La nitruration et la carburation sont les deux pratiques de traitement thermique les plus courantes pour les composants fonctionnels à durcissement superficiel. La principale différence est que dans la nitruration, les atomes d'azote sont amenés à diffuser à la surface des pièces en cours de traitement, alors que dans la cémentation, le carbone est utilisé.

Quelle est la différence entre la cémentation et la cémentation ?

La cémentation est le processus de durcissement de la surface de la pièce. Il est également connu sous le nom de carburation. Dans le processus de carburation, le composant à faible teneur en carbone est placé dans un four qui contient une atmosphère de carbone soigneusement contrôlée.

Quelle est la température de carburation ?

Les fours de cémentation sont soit à gaz soit à chauffage électrique. La température de carburation varie de 870 à 940 ºC l'atmosphère gazeuse pour la carburation est produite à partir d'hydrocarbures liquides ou gazeux tels que le propane, le butane ou le méthane.

Qu'est-ce que la cémentation liquide ?

La cémentation liquide est un procédé généralement utilisé pour les petites et moyennes pièces. Dans le bain de sel, le carbone à diffuser dans la pièce provient d'un sel fondu qui est un mélange de cyanure de sodium (NaCN) et de chlorure de baryum (BaCl2).

Quel acier peut être cémenté ?

La microstructure du noyau ne sera pas altérée lors de ce traitement à basse température. Alors que la carburation est principalement utilisée pour les aciers à faible teneur en carbone et les aciers faiblement alliés, la nitruration est utilisée pour les aciers à faible teneur en carbone, les aciers alliés, les aciers à outils et les aciers inoxydables. Les aciers nitrurés peuvent avoir une résistance à l'usure et une dureté supérieures.

Quelles sont les deux étapes de la carburation ?

Bien que la cémentation sous atmosphère se compose de plusieurs étapes de processus, elle peut être simplifiée pour inclure deux processus principaux :la génération de carbone dans le four et la diffusion du carbone dans la pièce. Le premier fournit des atomes de carbone tandis que le second détermine le gradient de concentration en carbone.

Pourquoi le BaCO3 est-il ajouté dans le carburateur solide ?

"Le processus de carburation est souvent effectué pour durcir la surface de l'engrenage et de la came ou de la came (Malau, V., 1999)". Pour accélérer la pénétration du carbone dans l'échantillon lors du processus de pengarbonan, il est nécessaire d'ajouter d'autres éléments tels que BaCO3, NaCO3 et autres.

Lequel des gaz suivants est utilisé pour la cémentation ?

Cémentation gazeuse, y compris un processus de carbonitruration ou de nitruration gazeuse impliquant l'utilisation de gaz ammoniac (NH3), qui produit de l'azote naissant qui pénètre dans le boîtier de l'acier et augmente la dureté.

Quels métaux peuvent être nitrurés ?

L'aluminium, le chrome, le molybdène, le titane, le tungstène et le vanadium se combinent facilement avec l'azote à des températures élevées pour former des nitrures des métaux respectifs. Les alliages d'acier à faible teneur en carbone contenant ces métaux sont généralement de bons candidats pour la nitruration.

Quelle est la différence entre la cémentation et la carbonitruration ?

La principale différence entre la carburation et la carbonitruration est que la carburation est le processus de durcissement d'une surface en acier à l'aide de carbone, tandis que la carbonitruration est le processus de durcissement d'une surface en acier à l'aide de carbone et d'azote.

Un traitement thermique est-il nécessaire après la carburation ?

Le composant peut être soit trempé à partir de la température de carburation, soit réchauffé à une température d'austénitisation appropriée et trempé. La trempe directe prend moins de temps et est bon marché, mais n'est pas possible dans la pratique de la cémentation en pack. Ainsi, les pièces pack-carburisées sont invariablement réchauffées et trempées.

La carburation change-t-elle de taille ?

Il est pratiquement impossible de faire subir une carburation à une pièce sans avoir quelques changements dimensionnels. L'ampleur de ces changements varie en fonction du type de matériau utilisé, du processus de carburation subi par le matériau, ainsi que de la taille et de la forme d'origine de la pièce.

Qu'est-ce que la carburation du pack ?

La première méthode de cémentation, dans laquelle les composants étaient emballés dans une boîte appropriée, avec des matériaux carbonés tels que le charbon de bois, les sabots, la peau, la graisse animale et la corne, et chauffés à la température de cémentation.

Quel type de diffusion est la carburation ?

Dans le processus de cémentation, la diffusion du carbone détermine le gradient de concentration en carbone et le profil de dureté dans le cas de la pièce. Bien que la carburation soit un processus compliqué, elle peut être décomposée en deux étapes principales :la génération de carbone dans le four et la diffusion du carbone dans la pièce.

Le traitement thermique rétrécit-il le métal ?

Des travaux expérimentaux ont été effectués sur de nombreux matériaux pour montrer les effets du traitement thermique sur le changement de taille. Les effets sont différents pour chaque qualité de matériau. Par exemple, un cube d'acier à outils D-2 de 3,15 pouces pendant le durcissement a augmenté de 0,08 % dans une dimension, tout en rétrécissant dans les deux autres dimensions.

Pourquoi la cémentation se produit-elle ?

La cémentation est une méthode de traitement des matériaux utilisée pour augmenter la dureté de la surface extérieure d'un métal. Étant donné que les processus de durcissement réduisent la formabilité et l'usinabilité, la cémentation est généralement effectuée une fois que la plupart des autres processus de fabrication sont terminés.