Brevet FR2981949A1 — publié le 20130503

"PROCÉDÉ DE CARBONITRURATION À ÉTAPE DE NITRURATION FINALE PENDANT UNE DESCENTE DE TEMPÉRATURE" La présente invention concerne un procédé de 5 carbonitruration de pièces en acier, notamment bien que non exclusivement, des pièces entrant dans la fabrication de véhicules automobiles. En particulier l'invention s'applique également à des pièces entrant dans la fabrication de machines agricoles, de machine-outil, ou à 10 des pièces dans le domaine aéronautique. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION On connaît du document EP 1885904, un procédé de carbonitruration de pièces en acier comportant des étapes alternées de cémentation et de nitruration à température 15 constante, précédées d'une étape de montée en température et d'une étape d'égalisation en température, et suivies d'une étape de trempe. En variante il est proposé d'injecter un gaz de nitruration pendant l'étape de montée en température et/ou pendant l'étape d'égalisation en 20 température, à partir d'une température de 800°C. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est d'améliorer le procédé du document précité, c'est-à-dire d'améliorer la qualité des pièces obtenues, de préférence avec une réduction du temps 25 de traitement. BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un procédé de carbonitruration de pièces en acier, notamment des pièces entrant dans la fabrication de 30 véhicules automobiles, comportant des étapes alternées de cémentation et de nitruration à température constante, précédées d'une étape de montée en température, et suivies d'une étape de trempe , dans lequel l'étape de nitruration finale est accompagnée d'une descente de température 35 immédiatement avant la trempe . En effet, selon une constatation qui fait déjà partie de l'invention, il a été observé qu'il était possible de démarrer la trempe à partir d'une température plus basse que la température de cémentation. Une descente de température pendant la dernière étape de nitruration permet donc d'effectuer celle-ci dans des conditions plus favorables à une bonne nitruration. Selon une version avantageuse de l'invention, l'étape de nitruration finale comporte un palier de température. On effectue ainsi la dernière étape de nitruration dans des 10 conditions optimales. Selon un autre aspect avantageux de l'invention l'étape de montée en température comprend une phase de montée en température simple suivie d'une phase de nitruration initiale avec poursuite de la montée en 15 température. De préférence, pendant la phase de nitruration initiale la montée en température est effectuée avec un gradient de température réduit par rapport à la phase de montée en température simple. Ainsi, sans augmenter la durée du traitement on augmente l'enrichissement en azote 20 qui est effectué dans des conditions favorables à une bonne nitruration de sorte qu'il est possible de raccourcir ou de supprimer l'une des étapes de nitruration ultérieure et de réduire ainsi le temps de traitement total. Selon encore un autre aspect avantageux de 25 l'invention, la phase de nitruration initiale est réalisée à partir d'une température comprise entre 700°C et 750°C, et jusqu'à une température comprise entre 860°C et 1000°C. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description qui suit de différents modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs du procédé de carbonitruration selon l'invention, en référence à la figure unique ci-jointe qui est un diagramme schématique illustrant les différentes 35 étapes du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLÉE DE L'INVENTION En référence à la figure, le procédé selon l'invention comporte une première étape de montée en température comprenant une première phase M de montée en température simple, illustrée par une droite en trait continu, entre la température ambiante et une température de 700°C, noté Nil sur la figure. En fonction de la composition de l'acier à traiter, la phase de montée en température simple peut être effectuée jusqu'à une température comprise entre 700°C et 750°C, et a une durée 10 comprise entre 10 mn et 90 mn c'est-à-dire que la montée en température simple est effectuée avec un gradient de température compris entre 8°C/mn et 75°C/mn. Le procédé comporte ensuite une phase de nitruration initiale Ni avec poursuite de l'étape de montée en 15 température jusqu'à une température de 940°C dans l'exemple illustré. En pratique la température de 940°C correspond à un compromis entre une température de 860°C qui permet de réaliser un traitement de meilleure qualité et une température de 1000°C qui permet de réaliser un traitement 20 plus rapide. Selon un premier mode de réalisation de la phase de nitruration initiale, illustré par un trait continu, la montée en température se poursuit de façon régulière mais avec un gradient de température compris entre 3,5°C/mn et 25 10°C/mn inférieur au gradient de température pendant la montée en température simple. La durée de la phase de nitruration initiale est comprise entre 30mn et 45 mn, en fonction de la quantité d'azote que l'on souhaite fixer dans cette étape initiale et de la composition de l'acier à 30 traiter. De façon connue en soi la phase de nitruration initiale comporte des phases d'injection d'un gaz nitrurant tel que de l'ammoniac alternées avec des phases de diffusion. 35 Selon un deuxième mode de réalisation de la phase de nitruration initiale, illustré par un trait en tirets longs, la montée en température se poursuit avec le même gradient de température que pendant la montée en température simple jusqu'à une température comprise entre 750°C et 850°C, ici 800°C, notée Ni2 sur la figure. La température est alors maintenue selon un palier jusqu'à un instant noté Ni3 sur la figure à partir duquel une montée en température forte est réalisée pour atteindre en temps utile la température de cémentation. Selon un troisième mode de réalisation de la phase de nitruration initiale, illustré par un trait en tirets courts, la montée en température se poursuit à partir du point Nil avec un gradient de température plus faible que dans le premier mode de réalisation, de préférence compris dans une plage de 2°C/mn à 8°C/mn, jusqu'à un instant noté Ni4, correspondant ici à une température de 850°C, à partir duquel une montée en température forte est réalisée pour atteindre en temps utile la température de cémentation. Quel que soit le mode de réalisation utilisé pour la phase de nitruration le procédé comporte ensuite n phases de cémentation alternées avec des phases de nitruration. De façon connue en soi les étapes de cémentation et de nitruration comprennent des phases d'injection d'un gaz de traitement alternées avec des phases de diffusion. Pour ne pas surcharger la figure, le diagramme a été interrompu entre l'étape de nitruration N1 et la dernière étape de cémentation Cn. À l'issue de cette dernière étape de cémentation Cn, le procédé comporte une étape de nitruration finale Nn accompagnée d'une descente de température immédiatement avant la trempe T. Selon un premier mode de réalisation de la dernière étape de nitruration Nn, illustré par un trait en tirets courts sur la figure, la descente de température est effectuée de façon continue jusqu'à une température comprise dans la plage de température optimale pour la nitruration tout en restant suffisamment élevée pour permettre une trempe efficace. Dans l'exemple illustré la température finale avant la trempe est de 840°C. En pratique des résultats satisfaisants sont obtenus pour une température finale avant la trempe comprise entre 900°C et 800°C. Il a été constaté que cette descente limitée de température diminue la contrainte sur les pièces lors de la trempe. L'étape de nitruration finale à une durée de préférence comprise entre 15 mn et 60 mn, ce qui correspond à un gradient de température compris entre 10°C/mn et 1°C/mn. Comme pour la phase de nitruration initiale, l'étape de nitruration finale comporte de préférence des phases d'injection d'un gaz nitrurant alternées avec des phases de diffusion. Selon un second mode de réalisation de la dernière 15 étape de nitruration Nn, illustré par un trait en tirets longs sur la figure, la descente de température est tout d'abord effectuée de façon forte, avec un gradient aussi fort que possible sans engendrer des contraintes indues dans l'acier, jusqu'à la température de nitruration 20 optimale pour l'acier en cours de traitement notée Nnl sur la figure, ici 840°C, puis la température est maintenue à un palier jusqu'au début de la trempe. En pratique le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre en combinant l'un quelconque des modes de 25 réalisation de la phase de nitruration initiale avec l'un quelconque des modes de réalisation de la phase de nitruration finale. On remarquera qu'en raison de l'efficacité accrue des phases de nitruration selon l'invention il est possible de 30 remplacer au moins une étape de nitruration comprise entre deux étapes de cémentation par une étape de diffusion simple. Une telle étape est plus courte qu'une étape de nitruration de sorte que la durée totale du traitement est raccourcie. 35 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier la montée en température initiale peut-être effectuée selon un gradient constant comme illustré par un trait en pointillés sur la figure. REVENDICATIONS1. Procédé de carbonitruration de pièces en acier, 5 notamment des pièces entrant dans la fabrication de véhicules automobiles, comportant des étapes alternées de cémentation (C1-Cn) et de nitruration (N1-Nn) à température constante, précédées d'une étape de montée en température, et suivies d'une étape de trempe (T), caractérisé en ce 10 qu'il comporte une étape de nitruration finale (Nn) accompagnée d'une descente de température immédiatement avant la trempe (T). 2. Procédé de carbonitruration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la descente de 15 température est effectuée jusqu'à une température comprise entre 900°C et 800°C. 3. Procédé de carbonitruration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la descente de température est effectuée avec un gradient de température 20 compris entre 10°C/mn et 1°C/mn. 4. Procédé de carbonitruration selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de nitruration finale comporte un palier de température (Nnl). 5. Procédé de carbonitruration selon la 25 revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de montée en température comprend une phase de montée en température simple (M) suivie d'une phase de nitruration initiale (Ni) avec poursuite de la montée en température. 6. Procédé de carbonitruration selon la 30 revendication 5, caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale (Ni) est réalisée à partir d'une température comprise entre 700°C et 750°C, et jusqu'à une température comprise entre 860°C et 1000°C. 7. Procédé de carbonitruration selon la revendication 35 5, caractérisé en ce que pendant la phase de nitruration initiale (N1) la montée en température est effectuée avecun gradient de température réduit par rapport à la phase de montée en température simple (M). 8. Procédé de carbonitruration selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale (Ni) comporte un palier de température (Ni2-Ni3). 9. Procédé de carbonitruration selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale (N1) est immédiatement suivie d'une première étape de cémentation (Cl). 10. Procédé de carbonitruration selon la revendication 5, caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale (N1) est effectuée avec un gradient de température compris entre 3,5°C/mn et 10°C/mn.