Brevet FR2981947A1 — publié le 20130503

"PROCÉDÉ DE CARBONITRURATION BASSE PRESSION, À PLAGE DE TEMPÉRATURE ÉTENDUE DANS UNE PHASE DE NITRURATION INITIALE" La présente invention concerne un procédé de carbonitruration basse pression 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 des pièces dans le domaine aéronautique. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION On connaît du document EP 1885904, un procédé de carbonitruration basse pression de pièces en acier comportant des étapes alternées de cémentation et de nitruration à température 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 température, à partir d'une température de 800°C. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention et 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 de traitement. BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un procédé de carbonitruration basse pression de pièces en acier, notamment des pièces entrant dans la fabrication de véhicules automobiles, comportant des étapes alternées de cémentation et de nitruration à température constante, précédées d'une étape de montée en température comprenant une phase de montée en température simple suivie d'une phase de nitruration initiale avec poursuite de la montée en température , et suivies d'une étape de trempe, dans lequel 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. Ainsi, sans augmenter la durée de l'étape de montée en température on augmente l'enrichissement en azote 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 une version avantageuse de l'invention, la phase de nitruration initiale est immédiatement suivie d'une première étape de cémentation. Ainsi, la suppression totale de la phase d'égalisation en température permet d'allonger la phase de nitruration initiale dans une plage de température optimale pour la nitruration. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, 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 on augmente encore la durée du traitement dans une plage de température optimale pour la nitruration. Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé comporte une étape de nitruration finale accompagnée d'une descente de température immédiatement avant la trempe. Ainsi l'étape de nitruration finale est également effectuée dans une plage 30 de température optimale, de sorte que la qualité du traitement est améliorée. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 35 qui suit de différents modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs du procédé de carbonitruration basse pression selon l'invention, en référence à la figure unique ci-jointe qui est un diagramme schématique illustrant les différentes 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, depuis la température ambiante jusqu'à un point à 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 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 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 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 16°C/mn inférieur au gradient de température pendant la montée en température simple. La durée de la phase de nitruration initiale est comprise entre 15 mn 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 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. 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 un point à une température comprise entre 750°C et 850°C, ici 800°C, noté 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 la température de cémentation. La température du palier est choisie de façon connue en soi pour réaliser la phase de nitruration initiale dans des conditions optimales compte tenu de la composition des pièces à traiter. On notera à ce propos qu'en raison du palier, la montée en température finale peut s'effectuer de façon très rapide, par exemple 80°C/mn à 100°C/mn sans soumettre les pièces à des contraintes inacceptables. 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 la température de cémentation, selon un gradient analogue à celui du deuxième mode de réalisation. Quel que soit le mode de réalisation utilisé pour la phase de nitruration initiale, 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. Sur 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 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 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 réalisation de la phase de nitruration initiale avec l'un quelconque des modes de réalisation de la phase de nitruration finale, voire même terminer le cycle de traitement de façon conventionnelle, c'est-à-dire avec une trempe effectuée directement à partir de la température de cémentation. On remarquera qu'en raison de l'efficacité accrue des phases de nitruration selon l'invention il est possible de remplacer au moins une étape de nitruration comprise entre deux étapes de cémentation par une étape 10 de diffusion simple. Une telle étape est plus courte qu'une étape de nitruration de sorte que la durée totale du traitement est raccourcie. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit et on peut y apporter des 15 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. Dans ce cas on 20 notera toutefois que la phase de nitruration à une durée raccourcie comme illustré par un trait mixte sur la figure. En raison du gradient de température réduit pendant la phase de nitruration initiale, il a été expérimenté 25 que la température des pièces à traiter a le temps de s'égaliser de sorte qu'il est possible de supprimer l'étape d'égalisation prévue dans le document précité. Si cela est nécessaire, par exemple en raison d'une configuration particulière des pièces à traiter, on peut 30 toutefois prévoir une étape d'égalisation de température de durée réduite entre la phase de nitruration initiale et la première étape de cémentation. REVENDICATIONS1. Procédé de carbonitruration basse pression de pièces en acier, notamment des pièces entrant dans la fabrication de véhicules automobiles, comportant des étapes alternées de cémentation (C1-Cn) et de nitruration (N2-Nn) à température constante, précédées d'une étape de montée en température comprenant une phase de montée en 10 température simple (M) suivie d'une phase de nitruration initiale (Ni) avec poursuite de la montée en température , et suivies d'une étape de trempe (T), caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale (Ni) est réalisée à partir d'une température comprise entre 700°C et 750°C, 15 et jusqu'à une température comprise entre 860°C et 1000°C. 2. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de nitruration initiale est immédiatement suivie d'une 20 première étape de cémentation. 3. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la phase de nitruration initiale (Ni) la montée en température est effectuée avec un gradient de température 25 réduit par rapport à la phase de montée en température simple. 4. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que pendant la phase de nitruration initiale (Ni) la montée en 30 température est effectuée avec un gradient de température compris entre 3,5°C/mn et 16°C/mn. 5. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que la phase de montée en température simple (M) est effectuée avec un 35 gradient de température compris entre 8°C/mn et 70°C/mn. 6. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que la phase denitruration initiale (Ni) comporte un palier de température (Ni2-Ni3). 7. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de nitruration finale (Nn) accompagnée d'une descente de température immédiatement avant la trempe (T). 8. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 7, caractérisé en ce que la descente de 10 température est effectuée jusqu'à une température comprise entre 900°C et 800°C. 9. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 7, caractérisé en ce que la descente de température est effectuée avec un gradient de température 15 compris entre 10°C/mn et 1°C/mn. 10. Procédé de carbonitruration basse pression selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de nitruration finale comporte un palier de température (Nnl).