cémenter

La cémentation crée une couche extérieure dure et résistante à l'usure sur un noyau intérieur plus doux et plus résistant. La pièce elle-même reste relativement ductile, tandis que la peau de surface devient suffisamment dure pour résister à l'abrasion, aux chocs et à la fatigue. Ceci est réalisé en introduisant du carbone ou de l'azote dans le matériau extérieur, puis en trempant pour fixer la dureté. Le résultat est une structure composite: une couche d'acier à haute teneur en carbone autour d'un corps d'acier à faible teneur en carbone.

Les méthodes standard diffèrent dans la manière dont elles fournissent du carbone ou de l'azote à la surface. La cémentation, la plus courante, chauffe l'acier dans une atmosphère carbonée (souvent du méthane dans un four scellé) à 900 à 950 degrés Celsius pendant plusieurs heures, permettant au carbone de diffuser vers l'intérieur. La profondeur de la couche durcie, appelée profondeur de cémentation, est contrôlée par le temps et la température et varie généralement de 0,3 à 1,5 millimètre pour des pièces comme les engrenages et les roulements. La nitruration, plus lente mais plus précise, utilise de l'ammoniac gazeux et des températures plus basses, autour de 500 à 650 degrés Celsius, produisant des couches très dures et peu profondes. La cémentation en caisse, une méthode plus ancienne, consiste à enfouir les pièces dans une poudre riche en carbone à l'intérieur d'un récipient fermé.

Après l'imprégnation de carbone ou d'azote, la pièce doit refroidir rapidement. La trempe à l'huile est standard; l'eau est évitée car le choc thermique entre la couche dure et le noyau mou peut provoquer des fissures. Le revenu, un léger réchauffement à 150 à 300 degrés Celsius, soulage une partie des contraintes internes sans sacrifier la dureté. L'objectif est une couche d'une dureté d'environ 58 à 62 HRC (dureté Rockwell) liée à un noyau d'environ 30 HRC.

Pourquoi cela est important en production

La cémentation résout un véritable problème métallurgique: il est impossible de fabriquer une pièce à la fois dure et tenace en utilisant une seule nuance d'acier. Une pièce entièrement trempée devient cassante et se rompt de manière catastrophique sous l'effet d'un choc. En durcissant uniquement la surface, la cémentation crée des composants qui résistent à l'usure là où c'est le plus important tout en restant tolérants là où des concentrations de contraintes se produisent. Les engrenages, les arbres à cames, les arbres de broche et les chemins de roulement sont des pièces classiques cémentées.

Le processus est lent et coûte plus cher qu'une simple trempe, mais il prolonge considérablement la durée de vie. Un engrenage cémenté dure beaucoup plus longtemps qu'un engrenage entièrement trempé du même matériau. Le risque principal est une profondeur de cémentation inégale, qui crée des points faibles, et la fissuration de trempe si les vitesses de refroidissement ne sont pas soigneusement contrôlées. Le contrôle qualité comprend généralement des coupes métallographiques pour vérifier la profondeur de cémentation et la microstructure.