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Qu'est-ce que l'acier de nitruration ? Le guide des aciers ABRAMS® vous éclaire !

Les aciers de nitruration sont appropriés pour la nitruration si une dureté de couche superficielle très haute doit être atteinte. L’acier de nitruration est beaucoup préféré dans l’industrie mécanique en raison de ses propriétés supérieures, en particulier sa dureté et sa résistance à l’usure. La nitruration des aciers est toujours utilisée là où des pièces doivent présenter une bonne résistance à l’usure combinée à une forte sollicitation de surface et à un cœur tenace.

Contrairement à la cémentation, où le carbone est diffusé dans la surface, la nitruration diffuse de l’azote dans la surface.

Les aciers de nitruration sont des aciers de traitement (EN 10085, autrefois DIN 17 211) qui sont alliés à des éléments d’alliage favorisant l’absorption d’azote tels que le chrome, le vanadium, le molybdène, le titane ou l’aluminium. Ces éléments favorisent la formation de nitrures fins et très durs, améliorant ainsi les propriétés mécaniques de l’acier. Non seulement les aciers de nitruration normalisés, mais aussi les aciers pour travail à chaud et travail rapide (par ex. 1.2343 / AFNOR 1.2343 – X37CrMoV5-1 et 1.3343/ AFNOR HS6-5-2C – HS6-5-2C) ainsi que les aciers de cémentation et de traitement (par ex. 1.2162/AFNOR 21MC5 – 21MnCr5 et 1.6582/ AFNOR 35NCD6 – 34CrNiMo6) sont nitrurables.

Les pièces pertinentes ne doivent pas être soumises à des pressions de surface trop élevées lors de l’utilisation, sinon la couche de nitruration risque de s’écailler ou le matériau de base de s’enfoncer en raison d’une résistance intérieure plus faible. Il est important de noter que avec une teneur en alliage croissante, la profondeur de pénétration de l’azote est réduite. En revanche, les aciers non alliés ont tendance à former une couche de nitruration fragile qui peut facilement s’écailler.

Qu'est-ce que la nitration ?

Lors de la nitruration, l’acier est chauffé dans un environnement azoté, ce qui fait que les atomes d’azote pénètrent dans la surface de l’acier et forment, en combinaison avec celui-ci, une couche particulièrement dure (jusqu’à 1 200 HV). Les aciers adaptés à ce procédé sont désignés comme des aciers de nitruration. La nitruration est donc une technique thermochimique de durcissement des surfaces.

Le processus de nitruration de l’acier est un procédé de traitement thermique qui a été développé pour améliorer les propriétés mécaniques de l’acier, en particulier sa résistance à l’usure et à la fatigue.  La règle suivante s’applique à tous les procédés de nitruration : plus la durée de nitruration est longue, plus la profondeur de la dureté de nitruration est profonde (jusqu’à 0,8 mm pour les aciers non alliés et faiblement alliés, jusqu’à 0,15 mm pour les aciers fortement alliés et les aciers inoxydables).

La nitruration peut être effectuée dans différents médias, dont la nitruration gazeuse, la nitruration en bain de sel et la nitruration au plasma. Dans la nitruration gazeuse, l’ammoniac est utilisé comme source d’azote, cependant que dans la nitruration en bain de sel, on utilise des sels de trempe contenant du cyanure. La nitruration au plasma consiste à ioniser l’azote par une décharge électrique, ce qui permet une incorporation efficace de l’azote. Toutes ces méthodes ont leurs propres avantages et désavantages en termes de coûts, de contrôle et de compatibilité avec l’environnement.

Il existe de nombreux types d’acier de nitruration, qui peuvent être choisis en fonction des exigences spécifiques de l’application. Il s’agit par exemple de la nitruration au gaz, de la nitruration sous vide, de la nitruration au plasma ou de la nitruration en bain de sel. Les aciers de nitruration ont des quantités variables de carbone, de chrome, de molybdène et d’autres éléments qui influencent leurs propriétés mécaniques. Le choix de l’acier de nitruration approprié nécessite un examen détaillé des exigences spécifiques de l’application, y compris la dureté, la résistance à l’usure, la ténacité et le coût.

L’acier de nitruration a un certain nombre de propriétés précieuses.

Premièrement, il a une haute dureté de surface, ce qui le fait très résistant à l’usure. Cela fait de l’acier de nitruration un matériau idéal pour les applications nécessitant un haut degré de résistance à l’usure, comme les pièces de transmission, les roulements et les outils.

Deuxièmement, la nitruration ne conduit pas à des déformations ou à des distorsions de la pièce, car elle est réalisée à des températures (généralement 500 – 520°C) inférieures à la température de transformation de l’acier. C’est un grand avantage par rapport aux autres techniques de trempe qui peuvent conduire à des déformations importantes. Il est donc possible de terminer le travail avant la durcissement.

Troisièmement, la nitruration améliore la résistance à la fatigue de l’acier, ce qui en fait un bon choix pour les pièces soumises à des charges cycliques. De plus, grâce à la stabilité thermique des nitrures, l’acier de nitruration est résistant au revenu jusqu’à 500°C.

Malgré ses avantages, l’acier nitruré présente également quelques désavantages. La nitruration ne peut être réalisée que sur certains aciers qui contiennent des éléments appropriés pour la formation de phases nitrures. Pas toutes les nuances d’acier peuvent être nitrurées avec succès, et le choix de l’acier approprié peut être un facteur important dans la décision d’utiliser ou non la nitruration.

L’étendue de l’application est vérifée de près dans la pratique, car la fabrication des aciers de nitruration est très coûteuse en raison des nombreuses étapes de traitement.

Un autre désavantage est la profondeur de pénétration limitée de la nitruration. La nitruration se fait principalement à la surface de l’acier et la profondeur de pénétration est typiquement limitée à quelques dizaines de millimètres. Cela signifie que l’acier de nitruration ne convient pas aux applications nécessitant une dureté plus profonde. De plus, la nitruration peut affecter la résistance à la corrosion de l’acier, en particulier dans les environnements humides ou corrosifs.

Malgré ces désavantages, l’acier de nitruration est un matériau extrêmement précieux dans l’industrie mécanique. La haute dureté de surface, la résistance à l’usure et la résistance à la fatigue obtenues par la nitruration sont souvent déterminantes pour la capacité des pièces de machines. En choisissant et en traitement correctement l’acier, il est possible de maximiser les avantages de la nitruration et d’en minimiser les désavantages.

Les aciers de nitruration sont utilisés dans une multitude d’applications où une haute résistance à l’usure et à la fatigue sont nécessaire. Par exemple, les roues dentées, les vilebrequins, les arbres à cames et les soupapes dans l’industrie automobile, ainsi que les outils et les moules dans la transformation des matières plastiques et dans le traitement des métaux.

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