cémentation

La cémentation est un processus de durcissement superficiel à l'état solide dans lequel le carbone, l'azote ou d'autres éléments diffusent dans la couche externe d'une pièce en acier à haute température. Contrairement à la cémentation gazeuse, qui utilise un gaz ou un liquide riche en carbone, la cémentation traditionnelle emballe la pièce dans un milieu solide, généralement du charbon de bois mélangé à un activateur tel que le carbonate de baryum ou le carbonate de sodium, et la chauffe à 900, 950 °C pendant des heures ou des jours. L'activateur se décompose pour produire du monoxyde de carbone, qui se réduit à la surface de l'acier et libère du carbone atomique qui migre vers l'intérieur, créant une couche dure et résistante à l'usure tandis que le cœur reste tenace.

La profondeur et la dureté de la couche cémentée dépendent de la température, du temps et de la composition du paquet. Une couche typique peut atteindre 0,5 à 2 mm de profondeur; des temps plus longs et des températures plus élevées poussent le carbone plus profondément mais risquent un grossissement du grain et une déformation. Après cémentation, la pièce est refroidie, la couche de composé fragile est usinée ou meulée, puis la pièce est trempée et revenue pour développer la dureté finale de la couche, souvent entre 55 et 62 HRC. Les pièces cémentées de cette manière, telles que les dents d'engrenage, les cames et les chemins de roulement, acquièrent une résistance au grippage et à la fatigue.

Historique et position industrielle

La cémentation est l'une des plus anciennes techniques de durcissement de l'acier, pratiquée pendant des siècles par les forgerons qui superposaient le fer dans le charbon de bois. La cémentation industrielle moderne a été largement remplacée par des méthodes plus rapides: la cémentation gazeuse et la cémentation sous vide dominent la production à grand volume car elles offrent un meilleur contrôle, des temps de cycle plus rapides (4, 12 heures contre 16, 48 heures) et moins de rebuts dus aux couches de composé trop dures. La cémentation en paquet persiste dans les ateliers d'outillage, les ateliers de fabrication et les travaux en petites séries où le temps de four est flexible et où les outils spécialisés ne sont pas disponibles.

Le terme «cémentation» apparaît également en métallurgie des poudres et en technologie du béton, mais en durcissement métallurgique, il fait toujours référence au durcissement par diffusion de l'acier. Le mot dérive du latin «cementum», lié à la notion de cimenter ou de lier; historiquement, le terme a été appliqué parce que le processus semblait cimenter une couche dure à la surface de l'acier, bien que la compréhension moderne le reconnaisse comme une diffusion atomique plutôt qu'une liaison adhésive.

La déformation est le principal inconvénient pratique: les longs cycles de chauffage et la contrainte du paquet provoquent une dilatation et une contraction inégales, déformant les pièces à parois minces ou les alésages. Le contrôle du potentiel carbone et l'élimination de la couche blanche fragile (couche de composé) avant la trempe sont essentiels au succès. Les pièces avec des tolérances dimensionnelles strictes nécessitent souvent un meulage ou un rodage après traitement thermique.