Optimisation et Contrôle du Procédé de Traitement Thermochimique de Nitruration de l’Acier 32CDV13

Abstract

Le travail present ́ e dans cette th ́ ese entre dans le cadre d’une recherche qui a pour ob- ` jectif d’optimiser le cycle de traitement thermochimique de nitruration en phase gazeuse de l’acier 32CDV13 en vue d’ameliorer ses propri ́ et ́ es m ́ ecaniques de la surface (bonne r ́ esistance ́ a` l’usure, au frottement et a la corrosion) et de la couche de diffusion de l’azote (bonne r ` esistance ́ a la fatigue et bonne t ` enacit ́ e ́ a cœur). Le manque de contr ` ole du proc ˆ ed ́ e de nitruration en ́ phase gazeuse n’a pas permis cependant la realisation de configurations de couches optimales ́ repondant aux cahiers des charges. La plupart des cycles de nitruration propos ́ es pour la nitru- ́ ration de cet acier ont conduit a des propri ` et ́ es m ́ ecaniques non souhait ́ ees par les utilisateurs. ́ Notre tache dans cette th ˆ ese a consist ` e d’abord, ́ a d` eterminer exp ́ erimentalement les param ́ etres `

operatoires de traitement (le d ́ ebit total de gaz NH ́ 3, N2, H2 et le potentiel de nitruration KN ) as- surant le transfert optimal de l’azote a l’interface gaz/solide. A la suite de plusieurs exp ` eriences ́

de nitruration realis ́ es sur le fer pur et l’acier 32CDV13, nous avons montr ́ e apr ́ es caract ` erisation ́ que les deux parametres cit ` es influent fortement sur la vitesse de diffusion de l’azote ́ a l’interface ` gaz/solide, la morphologie et la nature des couches de combinaison et de diffusion formees ́ a la ` surface de l’acier ainsi que sur les gradients de durete et de concentration en azote assurant le ́ durcissement de la couche de diffusion. La realisation d’essais de nitruration ́ a diff ` erents temps, ́ temperature et potentiel K ́ N (choisi constant et ou variable) et la caracterisation des ́ echantillons ́ nitrures par rayons X, microscopie optique, microsonde ́ electronique et microduret ́ e HV, nous a ́ permis de determiner les param ́ etres optimaux ` a partir desquels nous avons optimis ` e le proc ́ ed ́ e. ́ Nous avons montre qu’il ́ etait possible de r ́ ealiser : une couche de combinaison dense et non ́ poreuse a la surface d’ ` epaisseur de 5 ́ a` 6 μm environ, une profondeur de diffusion de l’azote

voisine de 620 μm, un gradient de durete sur une profondeur de ́ 400 μm, assurant le durcisse- ment maximal de la couche de diffusion et enfin une faible densite de r ́ eseaux de nitrures et ́

de carbonitrures repartis aux joints de grains et dans la couche de diffusion. Les r ́ esultats de ́ validation du cycle sequenc ́ e propos ́ e confirment l’efficacit ́ e de la variante propos ́ ee et ouvre ́ ainsi la voie vers l’amelioration du proc ́ ed ́ e de nitruration dans l’industrie m ́ ecanique. ́