éfinition :
La carbonitruration est un traitement thermochimique de diffusion qui consiste à enrichir simultanément en carbone et en azote la surface d’un acier.
Principe :
L’azote ainsi que le carbone diffuse en solution solide d’insertion dans l’acier.
¨ Enrichissement en carbone :
L’atmosphère utilisée est composée de méthanol (CH3OH), d’air de propane (C3H8) et d’ammoniac (NH3). Le tout étant directement injecté dans le four.
L’enrichissement du carbone se fait par les composés suivants :
- Le méthanol se dissocie en monoxyde de carbone et d’hydrogène selon la réaction :
CH3OH --> CO + 2H2
- Le CO ainsi formé se dissocie à son tour en carbone monoatomique et dioxyde de carbone selon l’équilibre : 2CO--> C + CO2
- Le propane employé pour la régulation du potentiel carbone, fournit également du carbone lors de sa dissociation.
Rôle du carbone :
L’action du carbone est d’augmenter la dureté et de favoriser l’insertion et la diffusion de l’azote.
¨ Enrichissement en azote :
L’introduction d’ammoniac (NH3) dans le four a pour effet d’apporter l’azote par dissociation :
NH3--> N + 3/2 H2
Rôle de l’azote :
- Faciliter la diffusion du carbone.
- En abaissant les points de transformations de l’acier, il permet le traitement entre 800 et 850°C.
- L’azote se comporte partiellement comme un élément allié.
La couche superficielle présente une dureté élevée : environ 64 HRc.
La structure correcte présente un mélange de Martensitique à l’azote, d’Austénite résiduelle, un peu de carbures et de nitrures (faible quantité).
Le cœur étant plus fragile et la partie superficielle très dure, la pièce possède une combinaison de propriétés telles que :
- résistance au frottement
- résistance à l’usure
- résistance à la fatigue
- résistance à la ténacité
En général le débit d’ammoniac est de 2 à 5% par rapport au débit de Méthanol gazeux.
Débits à afficher :
Sur les débitmètres de l’installation, on affiche :
· Méthanol liquide : 0,7 à 1,5 litre/heure (suivant taille du four).
· Azote gazeux : en fonction du CO désiré.
· Propane et air.
Calcul des débits d’ammoniac à afficher :
Equation de la réaction : CH3OH --> CO + 2H2
1 mole --> mole + 2 moles
Masse volumique du méthanol : 800 g/l
Masse molaire du méthanol : 32 g/mol
Calcul de la concentration en méthanol :
m= C*V*M
Avec : m= masse en g
C= concentration en mol/L
V= volume en L
M= masse molaire
P= masse volumique en g/L
C = m et P = m
M*V V
C = P ? C = 800 = 25 mol/L
Calcul du volume occupé par 3 moles de gaz :
= 3*22.4= 67,2L
Volume de méthanol équivalent à 67,2 L de gaz :
V=25*67,2 =1680 L
Donc 1 litre liquide de CH3OH (méthanol) donne 1680 litres gazeux. Donc 0,7 l/h de méthanol liquide est équivalent à : 0,7*1680 = 1120 L/h d’ammoniac gazeux
= 18,66 L/min
Avec un débit de 0,7 l/h pour une teneur de :
0,5% on affichera : 0,5% *18,66 = 0,1 L/min
1% on affichera : 1 % *18,66 = 0,19 L/min
3% on affichera : 3% *18,66 = 0,56 L/min
5% on affichera : 5% *18,66 = 0,93 L/min
Avantages de la carbonitruration :
ü Résistance à l’usure supérieure due à la formation d’une martensite à l’azote et à une présence de nitrures.
ü Meilleure résistance à la fatigue que la cémentation.
ü Déformations limitées car les températures de traitements sont plus basses. Les risques de surchauffe et le grossissement du grain sont fortement diminués.
ü L’emploie d’aciers non alliés convient bien à ce traitement (prix de revient abaissé).
