Brevet FR2999609A1 — publié le 20140620

. PROCEDE DE RENFORCEMENT DE L'ACIER PAR EFFETS THERMOCHIMIQUES ET EFFET DE RE-AUSTENITISATION L'invention concerne les procédés de traitement de pièces mécaniques en acier. Plus particulièrement, elle concerne les procédés d'enrichissement thermochimique de l'acier en carbone tels que les procédés de cémentation ou les procédés de carbonitruration. Ces procédés permettent l'introduction par diffusion respectivement de carbone ou de carbone et d'azote au niveau de la surface des pièces pour en améliorer la dureté et la tenue en fatigue. L'invention a également trait aux installations pour la mise en oeuvre de ces procédés et aux pièces mécaniques ainsi obtenues. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile en pignonnerie pour le renforcement de pièces mécaniques telles que des pièces composant les boîtes de vitesse. Ces pièces sont en effet exposées à des frottements très importants en fonctionnement. Il est donc connu de les soumettre, préalablement à leur mise en service, à un traitement d'enrichissement thermochimique par diffusion destiné à augmenter les caractéristiques mécaniques présentées en surface par l'acier dont elles sont constituées, et notamment sa dureté. Les procédés de cémentation consistent à enrichir en carbone la zone superficielle de pièces en acier à bas carbone (contenant initialement de 0,1 à 0,3 % de carbone en masse), puis à les tremper de manière à obtenir en surface une couche martensitique dure, résistante à l'usure, et un coeur moins dur donc plus ductile, susceptible d'absorber des chocs. Par exemple, il est intéressant d'obtenir une structure martensitique en surface et une structure bainitique à coeur. Afin de réduire légèrement le temps de traitement, il est possible de mettre en oeuvre un procédé de carbonitruration. Dans ce cas, on ajoute à l'atmosphère de cémentation une quantité d'ammoniac généralement inférieure à 5% du volume. À la température de traitement, l'ammoniac se décompose en azote et en hydrogène. Une partie de l'azote pénètre dans le réseau cristallin de l'acier en provoquant entre autres une augmentation de la trempabilité. Généralement une opération de grenaillage de précontrainte est effectuée après un traitement de cémentation ou de carbonitruration, ainsi que décrit dans le document FR2909100. Cette opération consiste en une projection, à grande vitesse et en continu, de petites billes d'acier, de verre ou de céramique, sur la surface des pièces à traiter. Il en résulte une déformation plastique de la couche superficielle de l'acier par écrouissage qui améliore la durée de vie et la résistance à la fatigue des pièces. Par l'opération de grenaillage, la dureté surfacique d'une pièce peut être augmentée de 100 HV (dureté Vickers). Lorsque la température de l'acier est augmentée à partir d'une température basse, à laquelle la transformation austénitique n'a pas lieu, on dénote par le seuil Aci la température de début de transformation austénitique. En continuant la montée de la température, celle-ci va atteindre le seuil Ac3, qui correspond à la température au-delà de laquelle la transformation austénitique de l'acier n'a plus lieu. En réduisant la température à partir d'une température qui est située au-delà du domaine dans lequel la transformation austénitique de l'acier a lieu, on dénote par Ar3 la température de début de transformation austénitique de l'acier. En continuant la descente de la température, la transformation austénitique aura lieu jusqu'à ce que la température tombe en-dessous de Ari, qui marque la température en-dessous de laquelle la transformation austénitique de l'acier n'a plus lieu. Il serait néanmoins intéressant de pouvoir trouver une solution pour augmenter encore plus la dureté à la surface des pièces, notamment pour augmenter leur tenue à l'écaillage et au frottement. Il serait intéressant également de pouvoir améliorer les propriétés de glissement des pièces et leur tenue à la corrosion. L'invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes rencontrés dans l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour objectif de proposer un procédé d'enrichissement thermochimique par cémentation ou par carbonitruration permettant d'augmenter encore la dureté surfacique des pièces enrichies. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de traitement d'enrichissement thermochimique de pièces en acier comprenant une première étape d'enrichissement thermochimique permettant d'enrichir l'acier au moins en carbone, conduite à une température au moins égale à la température Ac3 de fin de transformation austénitique de l'acier, remarquable en ce que cette première étape est suivie : - d'une seconde étape d'enrichissement thermochimique permettant d'enrichir l'acier au moins en azote, conduite à une température inférieure au seuil en- dessous duquel la transformation austénitique de l'acier n'a pas lieu, puis - d'une étape de ré-austénitisation de l'acier comprenant une phase de chauffage des pièces par induction, puis d'une étape de trempe des pièces. Selon des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la première étape d'enrichissement thermochimique est une étape de cémentation enrichissant l'acier en carbone ou une étape de carbonitruration enrichissant l'acier en carbone et en azote. - la première étape d'enrichissement thermochimique est menée à « basse pression » ou à « pression atmosphérique ». - la première étape d'enrichissement thermochimique est dite à « basse pression » en ce qu'elle est menée à basse pression dans une enceinte étanche montrant une pression de quelques centaines de pascals. - la première étape d'enrichissement thermochimique est dite à L'invention a enfin pour objet une pièce mécanique en acier remarquable en ce qu'elle est obtenue par le procédé tel que défini ci-dessus et en ce qu'elle présente en surface une structure cristallographique de type martensitique en surface, de type bainitique à coeur et une dureté en surface supérieure à 900 Hy. De préférence, la pièce mécanique est un composant d'une boite de vitesses, tel qu'un pignon d'un arbre primaire et secondaire, un pignon baladeur, une couronne, etc. On notera que les traitements d'enrichissement thermochimique en azote conduits à une température inférieure à Aci, tels que les traitements de nitruration ou de nitrocarburation de l'acier, sont connus en soi. Par exemple, le document EP1544317 décrit un traitement de nitruration de pièces mécaniques en acier. Malheureusement, si ces traitements permettent d'obtenir des duretés importantes en surface (supérieures à 800 HV), ils sont réalisés sur des couches superficielles faibles. De ce fait, ils ne permettent pas d'obtenir les résistances à la fatigue et aux chocs recherchées pour les applications auxquelles est destinée l'invention. On notera également qu'il est connu du document EP1080243 un procédé de carbonitruration basse pression dans lequel l'opération de carbonitruration comprend une phase finale de nitruration. Cette phase finale, étant partie intégrante de l'opération de carbonitruration, s'effectue à 850°C lorsque l'acier est en phase austénitique. A cette température, l'azote va s'insérer dans la maille de fer et sera présent dans l'acier en solution solide d'insertion et/ou partiellement précipité sous forme de carbonitrures. Ceci est différent du traitement de nitruration tel que mis en oeuvre dans l'invention, c'est-à-dire à une température comprise entre 300°C et 700°C (soit une température inférieure à la température au domaine dans lequel la transformation austénitique à lieu). A cette température, une partie de l'azote va être dissoute dans l'acier et s'y diffuser, et une autre partie de l'azote va se précipiter sous forme de nitrure Fe4N et éventuellement de nitrure Fe3N (si la concentration en azote est suffisante). Comme on l'aura compris, l'invention consiste selon un premier aspect à combiner un traitement d'enrichissement thermochimique au-dessus de Ac3 avec un deuxième traitement d'enrichissement thermochimique en dessous de Ari et un troisième traitement de trempe par induction. L'invention consiste à créer par un traitement de cémentation ou de carbonitruration une couche de diffusion de carbone ou de carbone et d'azote dans l'acier permettant d'obtenir par ré-austénitisation et trempe ultérieure une structure martensitique, puis à créer par-dessus cette couche de diffusion du carbone, une couche de combinaison de l'azote comprenant des nitrures de fer (Fe4N et éventuellement Fe3N) et éventuellement des carbonitrures Fe2_3CN. Pour ce faire l'invention insère dans un procédé de cémentation ou de nitrocarburation classique une étape de nitruration ou de nitrocarburation réalisée à une température à laquelle l'acier n'est pas sous forme austénitique. Selon un deuxième aspect, l'invention offre la possibilité, par la présence d'une étape de cémentation ou de carbonitruration, d'obtenir une structure cristallographique en surface des pièces (à savoir une structure martensitique) différente de celle obtenue à coeur (à savoir une structure bainitique). L'invention est remarquable en ce que la combinaison des deux traitements d'enrichissement thermochimique et du traitement de trempe par induction permet d'améliorer les performances mécaniques recherchées sur l'acier et en particulier la tenue à l'usure des pièces, leur dureté surfacique et leur résilience à la corrosion d'une part, et la résistance aux chocs et à la fatigue d'autre part. L'invention permet d'obtenir un acier avec une structure finale comprenant une couche de combinaison de nitrures en surface, suivie d'une couche de martensite et d'un coeur bainitique. L'obtention d'une structure à coeur présentant une grande résilience et un bon allongement implique d'utiliser au départ un acier bas carbone. Sans l'opération d'enrichissement au carbone, l'obtention d'une couche dure en surface d'une profondeur suffisante pour les applications visées (résultant d'une diffusion de l'azote à une profondeur suffisante) ne pourrait éventuellement être obtenue qu'avec des temps de nitruration extrêmement longs (jusqu'à 100 heures). L'invention est remarquable en ce qu'elle propose un procédé d'une durée économiquement compatible avec les exigences économiques et industrielles. Selon un troisième aspect, la mise en oeuvre d'une opération d'enrichissement en azote (nitruration) postérieurement à une opération d'enrichissement en carbone va permettre d'atteindre en surface des duretés supérieures à celles obtenues par des opérations simples de cémentation ou de carbonitruration (même lorsqu'elles sont suivies d'opérations de grenaillage) par l'obtention d'une couche de combinaison en surface comprenant des nitrures de fer. Le traitement de ré-austénitisation est avantageusement conduite sous atmosphère contrôlée par exemple en présence d'un gaz neutre (de préférence de l'azote), afin de limiter l'oxydation des nitrures de la couche nitrurée surfacique et contenir le relâchement d'azote gazeux. Le chauffage par induction, en particulier par induction à haute fréquence, permet de chauffer les pièces traitées uniquement en surface, en évitant des transformations de ré-austénitisation dans les couches plus basses de l'acier. zo D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit donnée en référence aux figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - La figure 2 est une courbe illustrant le cycle thermique du procédé selon 25 l'invention ; - Les figures 3a à 3c sont des courbes de filiation de duretés obtenues respectivement par un procédé de nitruration classique, de carbonitruration classique et de carbonitruration suivi d'une nitruration selon l'invention. On se référera en premier lieu à la figure 1 représentant schématiquement une 30 installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et à la figure 2 illustrant le cycle thermique du procédé. Première phase : enrichissement thermochimique par cémentation ou carbonitruration Dans notre exemple, le procédé met en oeuvre une étape A de carbonitruration « basse pression ». L'installation 1 comprend un four 3 de carbonitruration à basse pression. Le four 3 présente une enceinte étanche 5 délimitant une enceinte interne 7 dans laquelle est disposée une charge 9 à traiter. Dans notre exemple, la charge 9 est constituée par une pluralité de couronnes disposées sur un ou des supports appropriés. L'acier constituant les pièces est un acier bas carbone par exemple une nuance 27MnCr5 ou 23MnCrMo5 ou 27CrMo4 comprenant de 0,2 à 0,3 % de carbone (le pourcentage est donné par rapport à la masse totale) ou encore une nuance 16NiCrMo13 comprenant de 0,1 à 0,2 % de carbone. Une pression de l'ordre de quelques centaines de pascals est maintenue dans l'enceinte interne 7 grâce à une canalisation d'extraction 11 reliée à un extracteur 13. Un injecteur 15, montrant généralement une pluralité de buses, permet d'introduire des gaz dans l'enceinte interne 7. L'installation comprend à cet effet des moyens 17 d'approvisionnement en gaz contrôlés par des vannes 19. L'actionnement des différentes vannes 19 va permettre l'injection dans l'enceinte interne 7 des différents gaz de cémentation et de nitruration via l'injecteur 15. Des moyens de chauffage 21, permettent d'élever et de maintenir dans l'enceinte interne 7 la température aux valeurs de mise en oeuvre du procédé. Des moyens de chauffage par induction connus dans l'art permettent d'élever la température de façon très rapide et contrôlée. L'étape de carbonitruration se déroule comme suit. La charge 9 est introduite dans l'enceinte interne du four de carbonitruration. La température dans l'enceinte interne est élevée jusqu'à un palier de température qui se situe au-dessus de la température Ac3, qui correspond à la température de fin d'austénitisation de l'acier de la charge. Par exemple, le palier se situe à une température comprise entre environ 800°C et 1050°C, par exemple 880°C (phase I sur la figure 2). La température est maintenue dans une étape d'homogénéisation de la température des pièces. Les étapes d'élévation de la température et d'homogénéisation de la température des pièces sont réalisées en présence d'un gaz neutre, par exemple de l'azote (N2), auquel est éventuellement ajouté un gaz réducteur, par exemple de l'hydrogène (H2). Le gaz réducteur peut être ajouté dans une proportion de 1 à 5 % en volume du gaz neutre. Le procédé se poursuit de manière classique par une alternance d'étapes d'enrichissement en carbone, pendant lesquelles le gaz de cémentation est injecté dans l'enceinte interne, et d'étapes de diffusion pendant lesquelles le gaz de cémentation n'est plus injecté dans l'enceinte. Le gaz de cémentation peut être de l'acétylène ou tout autre hydrocarbure susceptible de se dissocier aux températures de l'enceinte pour cémenter les pièces à traiter. Une série d'étapes d'injection et de diffusion des gaz de nitruration, par exemple de l'ammoniac (NH3) sont réalisées à la suite de l'étape de cémentation ou de manière superposée. L'étape d'enrichissement est conduite de manière à augmenter la teneur surfacique en carbone de la pièce jusqu'à une teneur supérieure à 0,4% de carbone exprimé en pourcentage par rapport au poids, par exemple jusqu'à une teneur de 0,9% de carbone. Par exemple l'étape de carbonitruration est conduite pendant une durée de 2 à 10 heures (phase II sur la figure 2). En général la durée de cette phase est fonction de la profondeur de traitement de l'acier visée. Le cycle de carbonitruration est clos par une étape B de refroidissement de la charge 9 (phase III sur la figure 2). Le refroidissement est forcé ou naturel. De manière avantageuse, le four 3 comprend des moyens 23 de soufflage. On notera que le refroidissement se fait de préférence sous atmosphère contrôlée en présence d'un gaz neutre tel que de l'azote gazeux afin d'éviter la formation d'oxydes à la surface de l'acier qui serait préjudiciable à la bonne mise en oeuvre de l'étape suivante de nitruration. On notera qu'à ce stade les pièces mécaniques ne présentent pas encore ni la structure cristallographique, ni la dureté recherchée, ces caractéristiques étant obtenues par la suite lors de l'opération de trempe. Le refroidissement se fait jusqu'à une température située en-dessous de la température Ari , qui correspond à la température de fin d'existence de l'austénite de l'acier de la charge. Avantageusement le refroidissement se fait jusqu'à une température correspondant à celle usuellement utilisée dans les traitements de nitruration, par exemple entre 300°C et 650 °C. A l'exemple d'un acier 23MnCrMo5, à la fin du traitement thermochimique de carbonitruration ou de cémentation, les pièces traitées présentent une dureté superficielle augmentée d'environ 800 HV. Elles montrent une tenue améliorée au choc et à la fatigue. Deuxième phase : enrichissement thermochimique par nitruration L'étape C de nitruration peut être menée dans le même four 3 ou dans un four différent. Lorsqu'elle est menée dans un four différent, les pièces peuvent être alors refroidies jusqu'à température ambiante et de préférence sous atmosphère neutre afin d'éviter l'oxydation. Lorsqu'elle est menée dans le même four 3, la charge 9 est refroidie jusqu'à la température de mise en oeuvre du procédé de nitruration c'est-à-dire jusqu'à une température comprise entre 300°C et Ari de préférence entre 300°C et 650°C (phase IV sur la figure 2). De préférence encore, la température de l'étape de nitruration est comprise entre 350°C et 600°C. D'une manière plus générale, la température de mise en oeuvre de l'étape de nitruration est inférieure à la température Ari de fin du domaine de l'existence de l'austénite. L'étape C de nitruration est menée en présence d'un gaz neutre, par exemple de l'azote (N2). De l'ammoniac gazeux (NH3) est injecté dans l'enceinte du four 3 par l'injecteur 15. Eventuellement d'autres gaz peuvent être ajoutés au mélange azote ammoniac comme par exemple un gaz activateur tel que le protoxyde d'azote (N20). Néanmoins, l'ammoniac gazeux injecté représente plus de 50 % en volume des gaz injectés dans l'enceinte 7. Sous l'effet de la température, l'ammoniac va se décomposer. Il se forme en surface une couche mince et dure de nitrure de fer. Cette couche est généralement appelée « couche blanche » ou « couche de combinaison » et comprend suivant l'apport en azote et la durée de l'opération du Fe4N seul ou un mélange de Fe4N et Fe3N. L'étape de nitruration est conduite de manière à augmenter la teneur surfacique en azote des pièces jusqu'à une teneur de 15% d'azote (pourcentage donné en masse totale), de préférence comprise entre 5 et 10 %. L'épaisseur de la couche de combinaison va croître en fonction de la température et de la durée du traitement. Sous cette couche de combinaison se trouve la couche de diffusion dans laquelle l'azote diffuse selon un gradient de n teneur en fonction notamment du temps. Ainsi, par exemple, l'opération de nitruration va être conduite pendant une durée de 1 à 3 heures. De manière générale, la durée de l'opération de nitruration est fonction de l'épaisseur des couches nitrurées voulues. Alternativement, l'étape qui suit la phase III de la figure 2 correspond à une étape de nitruration ionique. La nitruration prend usuellement lieu dans un four comprenant un tube de décharge dans lequel la cathode sert de support à la charge, les parois du four constituant l'anode. Après mise en place de la charge sur la cathode, un vide est réalisé dans l'enceinte du four, puis un gaz réactif, tel que l'azote, est introduit. En ajustant le débit de gaz, une basse pression est créée. Après application d'une différence de potentiel de 300 V à 1000 V entre les deux électrodes, un plasma luminescent composé d'ions actifs se propage aux alentours des pièces de la charge. On obtient ainsi le chauffage de la surface des pièces par dissipation de l'énergie cinétique des ions en énergie calorifique. En outre, une implantation d'ions a lieu à la surface du métal. Ainsi est fourni l'azote nécessaire à la formation des nitrures métalliques. Le traitement n'est pas directionnel et on obtient un durcissement superficiel, uniforme et homogène, ce qui est intéressant pour des pièces à géométrie complexe. Le traitement par nitruration ionique se fait généralement à une température se situant entre 450 °C et 570 °C. Troisième phase : ré-austénitisation et trempe par induction Le cycle de nitruration se clôt par un refroidissement de la charge 9 (phase V sur la figure 2). Le refroidissement est de préférence lent, de façon à favoriser la précipitation de nitrures de fer, présentant une dureté très élevée, généralement supérieure à 900 HV (dureté Vickers). A l'exemple d'un acier 23MnCrMo5, à la fin du traitement thermochimique de nitruration, les pièces traitées présentent une dureté superficielle fortement augmentée d'environ 1000 HV. Elles montrent une très bonne tenue à l'usure et à l'écaillage, un glissement amélioré et une résistance à la corrosion accrue. La troisième phase du traitement commence par un chauffage par induction de la charge jusqu'à une température au moins égale au point de fin de transformation austénitique Ac3 de l'acier (phase VI sur la figure 2). Les pièces sont chauffées par induction en haute fréquence ou moyenne fréquence, en fonction de la pièce et de la profondeur de réchauffement prévus. Le chauffage par induction remet la couche cémentée ou carbonitruré en phase d'austénitisation. La couche nitrurée reste par contre stable et ne se transforme pas. De préférence, la vitesse de montée en température se situe entre 50 °C/s et 1000 °C/s. Le temps de maintien à la température d'austénitisation est généralement de 0.2 à 5 secondes. Ceci permet d'austénitiser la structure en surface. Le chauffage par induction permet, par exemple dans le cas du chauffage par induction à haute fréquence, de chauffer uniquement le contour de la pièce traitée. Le coeur ne subit pas de transformation et maintient une dureté faible, ce qui confère une bonne résilience à la pièce. Préférentiellement, l'opération de ré-austénitisation D est effectuée sous atmosphère contrôlée, en présence d'un gaz neutre, de préférence en présence d'azote gazeux. Elle est suivie d'une opération de trempe E des pièces au gaz, ou éventuellement à l'eau additionnée ou non de polymères (phase VIII sur la figure 2). On entend par « trempe par induction » l'opération de trempe précédée immédiatement du chauffage par induction. L'opération de trempe peut être effectuée dans l'enceinte du four 3 afin de contrôler la teneur en oxygène de l'espace environnant et la mise au contact de l'air ambiant lors de ce refroidissement final. La trempe finale permet de transformer la couche enrichie lors du traitement de cémentation ou carbonitruration en martensite. L'opération de trempe par induction est menée avantageusement sur les pièces de la charge de manière individuelle, de manière à donner à toutes les pièces de la charge des conditions de trempe identiques, ce qui permet de contrôler leur déformation. Alternativement, toutes les pièces de la charge sont chauffées par induction dans un même four à induction. On se réfère à présent aux graphiques 3a à 3c montrant des filiations de dureté sur des pièces nitrurées (courbe 3a), carbonitrurées (courbe 3b), ou traitées selon le procédé de l'invention (courbe 3c). Les courbes représentent la dureté de l'acier (mesurée en HV, dureté Vickers) en fonction de sa profondeur dans la pièce (donnée en distance par rapport à la surface). Pour un même acier d'origine, on peut voir que seul le procédé selon l'invention permet d'obtenir à la fois une dureté surfacique supérieure à 900 HV et une dureté supérieure ou égale à 650 HV jusqu'à une profondeur de 0,45 mm, qui ne s'estompe que lentement jusqu'à une profondeur de plus de 0,8 mm. On notera que la dureté en surface des pièces obtenues selon l'invention est augmentée de plus de 250 HV par rapport à une pièce obtenue par un procédé de carbonitruration classique. On voit bien le gain en dureté obtenu par l'invention par rapport à la mise en oeuvre d'une opération de grenaillage de pré- 113 contrainte comme dans l'art antérieur. La combinaison séquentielle selon l'invention des trois traitements, à savoir la carbonitruration, la nitruration et la trempe par induction, permet d'obtenir des duretés très élevées en surface grâce à la nitruration, et sur une profondeur importante, grâce à la carbonitruration ou la cémentation. Grâce au traitement par 15 induction, les duretés en coeur des pièces traitées restent plus faibles. Il est éventuellement possible, dans le cadre de l'invention d'effectuer ensuite un revenu sur les pièces traitées. Ce traitement de revenu peut être effectué par induction à basse fréquence selon des conditions classiques de mise en oeuvre qui sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus avant dans le 20 présent mémoire. On spécifie néanmoins que la température de revenu préférentielle est comprise entre 100°C et 250°C. Des revenus dans des fours à résistances sont également possibles. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'enrichissement thermochimique de pièces en acier comprenant une première étape (A) d'enrichissement thermochimique permettant d'enrichir l'acier au moins en carbone, conduite à une température au moins égale à la température Ac3 de fin de transformation austénitique de l'acier, caractérisé en ce que cette première étape A est suivie : - d'une seconde étape (C) d'enrichissement thermochimique permettant d'enrichir l'acier au moins en azote, conduite à une température inférieure au seuil en-dessous duquel la transformation austénitique de l'acier n'a pas lieu; puis - d'une étape (D) de ré-austénitisation de l'acier comprenant une phase de chauffage des pièces par induction, puis d'une étape de trempe (E) des pièces. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première étape (A) d'enrichissement thermochimique est une étape de cémentation enrichissant l'acier en carbone ou une étape de carbonitruration enrichissant l'acier en carbone et en azote. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la première étape (A) d'enrichissement thermochimique est suivie d'une phase de refroidissement (B) des pièces jusqu'à une température inférieure à la température Ari de fin de d'existence de l'austénite de l'acier, le refroidissement se déroulant sous atmosphère contrôlée afin d'éviter la formation d'oxydes en surface des pièces entre les deux étapes (A ; C) de traitement d'enrichissement thermochimique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que la seconde étape (C) de traitement d'enrichissement thermochimique est menée à une température comprise entre 300°C et 700°C. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la seconde étape (C) de traitement d'enrichissement thermochimique est une étaped'enrichissement en azote par nitruration ou une étape d'enrichissement en azote et en carbone par nitrocarburation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'étape de ré-austénitisation (D) et de trempe (E) est réalisée par chauffage par induction jusqu'à une température au moins égale à la température Ac3 de fin de transformation austénitique de l'acier qui compose les pièces, suivie d'une phase de maintien à cette température et d'une trempe desdites pièces, de préférence la durée de la phase de maintien étant inférieure à 5 minutes. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'étape de ré-austénitisation (D) est conduite sous atmosphère contrôlée, en présence d'un gaz neutre, de préférence en présence d'azote gazeux. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'acier composant les pièces est un acier faiblement allié, de préférence un acier comprenant entre 0,1 à 0,3% de carbone (pourcentage donné en masse totale), de préférence la première étape (A) d'enrichissement thermochimique est conduite de manière à augmenter la teneur surfacique en carbone des pièces jusqu'à une teneur de 0,9 % de carbone (pourcentage donné en masse totale). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la seconde étape (C) d'enrichissement thermochimique est conduite de manière à augmenter la teneur surfacique en azote des pièces jusqu'à une teneur de 15 % d'azote (pourcentage donné en masse totale). 10. Pièce mécanique en acier caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 9 et en ce qu'elle présente en surface une structure cristallographique de type martensitique, de type bainitique à coeur et une dureté en surface supérieure à 900 1-1v.