Différence entre cémentation et durcissement superficiel

Différence principale - durcissement superficiel vs durcissement superficiel

Le traitement thermique consiste à utiliser 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 des alliages métalliques. Il existe quatre principaux types de méthodes de traitement thermique: le recuit, le revenu, le durcissement et la normalisation. Le durcissement consiste à augmenter la dureté d'un métal. Il existe deux principaux types de procédés de durcissement: la cémentation et la surface. La principale différence entre la cémentation et la surface est que la cémentation augmente la dureté de la surface du métal en infusant des éléments dans la surface des matériaux, formant ainsi une mince couche d'alliage plus dur, tandis que le durcissement superficiel augmente la dureté de la surface tandis que le noyau reste relativement mou.

Zones clés couvertes

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

Termes clés: Température austénitisante, carburation, cémentation, traitement thermique différentiel, durcissement différentiel de surface, durcissement à la flamme, durcissement, durcissement par induction, nitruration, durcissement superficiel

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 couche mince d'un alliage plus dur. Cette couche externe s'appelle «cas», ce qui conduit à nommer ce processus «cémentation»..

Prenons la cémentation de l'acier doux comme exemple pour comprendre la cémentation d'un alliage métallique. Le procédé de cémentation est généralement utilisé 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. Cela rend le noyau de l'acier intact; donc les propriétés sont inchangées.

Procédé de cémentation

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

Le processus de cémentation comprend 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 laissé refroidir un peu.
3. L'acier est à nouveau chauffé jusqu'à ce qu'il devienne rouge, puis refroidi à l'eau froide.

Après avoir suivi ces étapes, l’acier obtient une surface durcie et un noyau tendre. 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 superficiel?

Le durcissement superficiel consiste à augmenter la dureté de la surface extérieure pendant que le noyau reste mou.

Procédé de durcissement superficiel

Il existe deux méthodes de durcissement superficiel:

1. Durcissement différentiel
2. Structure métallique différentielle

Durcissement différentiel de surface

Le traitement thermique différentiel n'amène que la surface de l'alliage métallique à sa température austénitisante 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 procédés de durcissement différentiel majeurs: le durcissement à la flamme et le durcissement par induction..

Durcissement à la flamme

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

Induction durcissante

Ce processus est similaire au processus de durcissement à la flamme mais utilise des bobines induites électriquement au lieu d'une flamme. Ces bobines créent un champ magnétique autour des bobines, induisant le passage d’un courant électrique. En raison de la résistance électrique de l'acier, l'acier est chauffé. Quand il est chauffé à la température désirée, il est rapidement trempé.

Figure 2: Un pignon trempé à la flamme

Structure métallique différentielle

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

Cémentation

En carburation, 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 (température critique) du métal. Ensuite, le carbone est absorbé dans l’acier de l’environnement carboné et diffusé lentement dans les couches superficielles..

Nitruration

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

Différence entre cémentation et durcissement superficiel

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 mince couche d'un alliage plus dur..

Durcissement superficiel: Le durcissement superficiel consiste à augmenter la dureté de la surface extérieure pendant que le noyau reste mou.

Méthode

Cémentation: La cémentation est réalisée en chauffant l’acier au rouge, en infusant du carbone sur la surface et en le refroidissant rapidement..

Durcissement superficiel: La trempe superficielle est réalisée en chauffant l'acier jusqu'à une température austénitisante tout en maintenant le noyau en dessous de cette température, puis en refroidissant immédiatement la surface..

Usage majeur

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

Durcissement superficiel: La trempe superficielle est utilisée pour de nombreux équipements en acier.

Trempe

Cémentation: La cémentation ne nécessite pas de trempe immédiate.

Durcissement superficiel: La trempe superficielle nécessite une trempe immédiate.

Conclusion

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

Référence:

1. «Durcissement de la surface». Encyclopædia 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 en acier doux», TechnologyStudent, disponible ici.

Courtoisie d'image:

1. "Le forgeron au travail" Par Jeff Kubina de Columbia, Maryland - [1] (CC BY-SA 2.0) via Commons Wikimedia
2. “Pignon durci à la flamme” de Zaereth - Travail personnel (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia