Cémentation

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La cémentation est un traitement thermo-chimique qui consiste à faire pénétrer superficiellement du carbone dans un acier dont le pourcentage de carbone est insuffisant pour prendre de la trempe, afin de le transformer en surface en un acier fortement carburé susceptible d'être trempé.

La cémentation désigne deux procédés métallurgiques :

  • historiquement, c'est un procédé de fabrication de l'acier par réaction de fer avec du monoxyde de carbone (cémentation à cœur pour obtenir de l'acier de cémentation) ;
  • acception moderne : procédé de métallurgie servant à durcir les aciers par ajout superficiel de carbone, avant une trempe superficielle (cémentation superficielle pour obtenir de l'acier cémenté).

Le mécanisme est le même dans les deux cas, mais dans le procédé historique, on attend « suffisamment longtemps » pour que le carbone pénètre à cœur.

Histoire[modifier | modifier le code]

La cémentation est le plus ancien traitement thermochimique maîtrisé par l'homme

  • Marcellin Berthelot (1827-1907) est considéré comme le fondateur de la thermochimie.
  • Friedrich Wöhler (1800-1882) n'est pas, selon les conventions académiques, considéré comme l'inventeur de la chimie organique, étant entendu que l'académie ne précise rien, sauf erreur, sur cet aspect pourtant déterminant de l'histoire des sciences et techniques. Eu égard au fait que ce dernier réussit le premier à produire la synthèse d'un composé organique ;
  • August Wöhler (1819-1914) premier cours de résistance des matériaux, Göttingen, 1842.

Indication en construction[modifier | modifier le code]

Ce traitement est utilisé pour augmenter la dureté superficielle de pièces en acier "doux" et "demi-doux", c'est-à-dire en acier non allié contenant moins de 0,3 % de carbone (type C22). Pour cela on augmente la teneur superficielle en carbone (il faut cependant que cet acier contienne des éléments tels que : Cr, Mn, Ni, Mo, B).

Aspect métallurgique[modifier | modifier le code]

Elle se réalise à une température comprise généralement entre 900 °C et 930 °C. La durée de traitement dépend de la profondeur désirée (de 0,1 à 3 mm). Le potentiel carbone recherché est communément de 0.85 %. Celui-ci est obtenu aujourd'hui par craquage de liquide organique directement dans le laboratoire de traitement. On utilise un mélange d'azote et de méthanol. Lors du craquage le méthanol donnera le CO et le CO2. Le CO apportera le carbone naissant. Cette phase d'enrichissement est généralement suivie d'une trempe à l'huile ou au polymère[1] et d'un revenu basse température. Un nouveau procédé dit de cémentation basse pression remplace progressivement la cémentation atmosphérique.

Autrefois, on pratiquait la cémentation solide. On utilisait à cet effet soit des poudres, mais l'action était inégale et laissait des plages douces, soit des grains de 6 à 8 mm de grosseur qui offraient un meilleur passage aux gaz et donnaient une meilleure conductivité thermique. Le cément de Caron était très utilisé (60 parties de charbon de bois et 40 parties de carbonate de calcium).

En plus d'une dureté superficielle élevée (58 à 63 HRC selon la température du revenu), la cémentation apporte résistance à l'usure et tenue à la fatigue.

Comme pour les traitements thermiques de trempe, il est préférable d'anticiper les variations géométriques des pièces en laissant une surépaisseur de rectification.

Après cémentation, les pièces peuvent être trempées, puis elles passent dans un four de revenu à des températures comprises entre 175 °C et 200 °C.

Les accidents de cémentation :

  1. Dureté superficielle inégale - Plage douce après trempe 
    carburation insuffisante, pièces oxydées, zones ségrégées sulfureuses, pièces malpropres, température irrégulière et insuffisante en certains endroits, parties de pièces refroidies trop lentement.
  2. Dureté régulière mais insuffisante après trempe 
    Durée de l'opération trop courte ou température insuffisante, atmosphère incorrecte, régénération ou chauffage avant trempe effectué dans un four décarburant ou oxydant, température avant trempe insuffisante, vitesse de refroidissement trop faible.
  3. Ecaillage - Tapures - Criques 
    Constaté dans le cas d'une cémentation très prononcée et souvent trop rapide générant de la cémentite libre, son point de transformation étant différent de celui de la perlite.
  4. Fragilité du cœur 
    régénération incomplète par suite d'une température trop faible ou d'un temps de traitement insuffisant.
  5. Déformations 
    pièces mal soutenues dans le four, ou mauvaise présentation dans le bain de trempe ou absence de préchauffage.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]