Différence principale - cémentation vs durcissement de surface

Le traitement thermique est l'utilisation de la chaleur pour modifier les propriétés d'un matériau, notamment en métallurgie. C'est un type de processus industriel impliqué dans la modification des propriétés chimiques et physiques des métaux et alliages métalliques. Il existe quatre principaux types de méthodes de traitement thermique: le recuit, le revenu, le durcissement et la normalisation. Le durcissement est le processus d'augmentation de la dureté d'un métal. Il existe deux principaux types de procédés de trempe: la cémentation et la trempe superficielle. La principale différence entre la cémentation et la trempe superficielle est que la cémentation augmente la dureté de la surface du métal en infusant des éléments dans la surface des matériaux, formant une fine couche d'alliage plus dur, tandis que la trempe superficielle augmente la dureté de la surface tandis que le noyau reste relativement mou.

Domaines clés couverts

1. Qu'est-ce que la cémentation - Définition, étapes de la méthode 2. Qu'est-ce que le durcissement de surface - Définition, trempe superficielle différentielle, trempe superficielle différentielle de structure métallique 3. Quelle est la différence entre la cémentation et la trempe de surface – Comparaison des principales différences

Termes clés: température d'austénitisation, cémentation, cémentation, traitement thermique différentiel, durcissement de surface différentiel, durcissement à la flamme, durcissement, durcissement par induction, nitruration, durcissement de surface

Qu'est-ce que la cémentation

La cémentation est le processus de durcissement de la surface d'un métal en infusant des éléments sur la surface du métal, formant une fine couche d'un alliage plus dur. Cette couche externe est appelée « casse », ce qui conduit à nommer ce processus comme la cémentation.

Considérons la cémentation de l'acier doux comme exemple pour comprendre la cémentation d'un alliage métallique. La méthode de cémentation est généralement utilisée pour les alliages métalliques à faible teneur en carbone tels que l'acier doux. L'élément qui est infusé à la surface est le carbone. Le carbone est appliqué à une profondeur d'environ 0,03 mm environ. Cela rend le noyau de l'acier intact; ainsi les propriétés sont inchangées.

Processus de cémentation

Figure 1: L'acier est chauffé au rouge avant d'infuser du carbone sur la surface

Le processus de cémentation comporte trois étapes:

1. L'acier est chauffé jusqu'à ce qu'il devienne rouge chauffé.
2. L'acier est retiré du foyer et plongé dans un échantillon de l'élément qui va être infusé à la surface (ex: carbone) et on le laisse refroidir un peu.
3. L'acier est à nouveau chauffé jusqu'à ce qu'il devienne rouge et est refroidi à l'aide d'eau froide.

Après avoir suivi ces étapes, l'acier obtient une surface durcie et un noyau mou. Le processus peut être répété plusieurs fois afin d'augmenter la profondeur du « cas ». L'une des sources de carbone les plus courantes pour l'infusion est la poussière de charbon de bois.

Qu'est-ce que le durcissement de surface

Le durcissement de surface est le processus d'augmentation de la dureté de la surface extérieure tandis que le noyau reste mou.

Processus de durcissement de surface

Il existe deux méthodes de durcissement superficiel:

1. Durcissement différentiel de surface
2. Structure métallique différentielle

Durcissement de surface différentiel

Le traitement thermique différentiel n'amène que la surface de l'alliage métallique à sa température d'austénitisation tout en maintenant le noyau en dessous de cette température. Immédiatement après que la surface ait atteint cette température, elle est trempée. Il existe deux principaux processus différentiels de durcissement superficiel: le durcissement à la flamme et le durcissement par induction.

Durcissement à la flamme

Le processus de durcissement à la flamme utilise un O₂ chalumeau à gaz pour amener rapidement la surface à la température d'austénitisation suivie d'une trempe.

Induction durcissante

Ce processus est similaire au processus de durcissement à la flamme mais en utilisant des bobines induites électriquement au lieu d'une flamme. Ces bobines créent un champ magnétique autour des bobines, induisant un courant électrique à les traverser. En raison de la résistance électrique de l'acier, l'acier s'échauffe. Lorsqu'il est chauffé à la température souhaitée, il est rapidement trempé.

Figure 2: Un pignon durci à la flamme

Structure métallique différentielle

Le processus de durcissement différentiel de la surface de la structure métallique rend la surface plus durcie que l'intérieur du métal. Cela peut se faire de deux manières différentes: cémentation et nitruration

Carburation

En cémentation, l'alliage métallique est placé à haute température pendant plusieurs heures dans un environnement carboné. La température doit être supérieure à la température de transformation supérieure du métal (température critique). Ensuite, le carbone est absorbé dans l'acier à partir de l'environnement carboné et diffuse lentement dans les couches de surface.

Nitruration

Le processus de nitruration utilise de l'azote et de la chaleur. Ceci est généralement utilisé pour les pompes d'injection de carburant. Dans cette méthode, l'azote est diffusé à la surface de l'acier au lieu du carbone. La nitruration peut être effectuée à des températures plus basses que la cémentation.

Différence entre la cémentation et la trempe de surface

Définition

Cémentation: La cémentation est le processus de durcissement de la surface d'un métal en infusant des éléments sur la surface du métal, formant une fine couche d'un alliage plus dur.

Durcissement superficiel: Le durcissement de surface est le processus d'augmentation de la dureté de la surface extérieure tandis que le noyau reste mou.

Méthode

Cémentation: La cémentation se fait en chauffant l'acier au rouge, en infusant du carbone sur la surface et en le refroidissant rapidement.

Durcissement superficiel: Le durcissement de la surface est effectué en chauffant l'acier jusqu'à la température d'austénitisation tout en maintenant le noyau en dessous de cette température, puis en refroidissant immédiatement la surface.

Utilisation majeure

Cémentation: La cémentation est couramment utilisée pour les alliages métalliques à faible teneur en carbone tels que l'acier doux.

Durcissement superficiel: Le durcissement superficiel est utilisé pour de nombreux équipements en acier.

Trempe

Cémentation: La cémentation ne nécessite pas de trempe immédiate.

Durcissement superficiel: Le durcissement superficiel nécessite une trempe immédiate.

Conclusion

Le durcissement est un type de traitement thermique en métallurgie. Il existe deux types de procédés de trempe: la cémentation et la trempe superficielle. le différence principale entre la cémentation et le durcissement de surface est que la cémentation augmente la dureté de la surface du métal en infusant des éléments dans la surface des matériaux, formant une fine couche d'alliage plus dur tandis que le durcissement de surface augmente la dureté de la surface tandis que le noyau reste relativement doux.

Référence:

1. "Durcissement de surface". Encyclopdia Britannica, Encyclopædia Britannica, inc., 1er novembre 2016, disponible ici.2. Himanshu Verma, « Processus de traitement thermique ». LinkedIn SlideShare, 4 mai 2017, disponible ici.3. « Cémentation de l'acier doux », TechnologyStudent, disponible ici.

Image de courtoisie:

1. «Forgeron travaillant» Par Jeff Kubina de Columbia, Maryland - [1] (CC BY-SA 2.0) via Commons Wikimedia2. "Pignon durci à la flamme" de Zaereth - Travail personnel (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia