Guide simple de la finition par nitruration

La nitruration est une méthode spéciale de traitement des pièces métalliques. Elle contribue à les rendre très dures, solides et capables de durer très longtemps. C'est un peu comme si vous donniez à vos pièces métalliques une armure solide. Cette armure les empêche de se rayer, de s'user ou de rouiller. Si vous travaillez avec des pièces métalliques qui doivent être solides, cet article est fait pour vous. Nous allons vous présenter le processus de nitruration de manière simple. Vous apprendrez comment il fonctionne, pourquoi c'est une bonne chose et comment il peut vous aider à fabriquer de meilleurs produits.

Qu'est-ce que le processus de nitruration et comment fonctionne-t-il ?

La nitruration est un type de traitement thermique. Il s'agit d'un procédé de traitement de surface utilisé pour durcir l'acier et d'autres métaux ferreux. L'idée principale est d'introduire de l'azote à l'extérieur d'une pièce métallique. Pour ce faire, la pièce est chauffée dans un endroit spécial contenant beaucoup d'azote. L'azote pénètre dans le métal. C'est ce qu'on appelle la diffusion. Ce processus permet d'obtenir une couche extérieure très dure.

Cette couche externe est remplie de minuscules particules dures appelées précipités de nitrure. Cela rend la surface très, très dure. Ce procédé est différent des autres méthodes de durcissement du métal, comme la cémentation. Le processus de nitruration s'effectue à une température plus basse. C'est une très bonne chose, car cela signifie que les pièces ne se déforment pas ou ne changent pas beaucoup de forme. Il y a très peu de déformation, de sorte que vos pièces conservent la bonne taille. La nitruration est un excellent moyen de renforcer les pièces sans les problèmes liés à l'utilisation d'une chaleur élevée.

Pourquoi la protection contre la rouille est-elle si importante avec la nitruration ?

L'un des avantages de la nitruration est la grande résistance à la corrosion qu'elle confère aux pièces. Cela signifie qu'elle contribue à stopper la rouille. Lorsqu'une pièce est nitrurée, une couche spéciale est créée sur la partie supérieure. C'est ce qu'on appelle la couche composée. Cette couche est généralement constituée de nitrure de fer. Elle fonctionne comme un mur solide. Elle empêche l'air et l'eau d'atteindre le métal situé en dessous. Cela permet d'éviter la rouille et d'autres types d'usure et de corrosion.

Pour de nombreuses pièces, une bonne résistance à la corrosion est tout aussi importante que la dureté. Pensez par exemple aux composants d'armes à feu ou aux pièces utilisées dans des zones humides. La résistance à la corrosion offerte par la nitruration signifie que ces pièces dureront beaucoup plus longtemps. Même pour un métal comme l'acier inoxydable, qui résiste déjà bien à la rouille, la nitruration peut améliorer encore sa résistance à la corrosion. La couche de nitrure améliore la résistance à l'usure et protège la pièce contre les dommages. Cette résistance supplémentaire à la corrosion est un avantage très important.

Quelle est la bonne température de traitement pour la nitruration ?

La température du processus de nitruration est très importante. Elle se fait généralement à une température comprise entre 400°C et 575°C (750°F et 1065°F). Cette température est choisie avec beaucoup de soin. Elle doit être suffisamment chaude pour que la diffusion de l'azote fonctionne. Mais elle ne doit pas être trop chaude. Si la température du processus est trop élevée, elle peut affaiblir l'intérieur de la pièce. Elle peut altérer la résistance que la pièce a obtenue lors d'une étape antérieure de traitement thermique.

La faible température du processus est un grand avantage de la nitruration. D'autres méthodes de durcissement du métal, comme la cémentation, utilisent des températures beaucoup plus élevées. Cette chaleur élevée peut faire plier les pièces ou modifier leur forme. Avec la nitruration, il y a très peu de déformation. Cela signifie qu'il faut moins de travail pour réparer la pièce après le traitement. La pièce conserve sa taille et sa forme. Cela peut vous faire gagner beaucoup de temps et d'argent.

Comment la nitruration modifie-t-elle l'état de surface d'une pièce ?

L'état de surface d'une pièce après nitruration est généralement très beau et lisse. Comme le procédé utilise une faible chaleur, l'état de surface ne devient pas rugueux. Dans de nombreux cas, les pièces sont prêtes à être utilisées dès leur sortie du four. Elles ne nécessitent souvent pas de gros travaux de polissage ou de meulage. C'est une excellente chose si l'on considère les autres méthodes de traitement thermique qui peuvent laisser une surface rugueuse.

Parfois, une très fine couche gris foncé ou noire peut apparaître à la surface. Il s'agit d'une couche d'oxyde. Cela se produit souvent avec certains types de nitruration, comme le processus de nitrocarburation. Cette couche d'oxyde est en fait une bonne chose. Elle peut améliorer la résistance à la corrosion. Elle peut également faciliter le glissement des pièces et réduire les frottements. Si vous avez besoin d'une finition de surface très brillante, vous pouvez procéder à un léger polissage. Mais il ne faut pas en faire trop. Un polissage important pourrait enlever la couche de nitrure dure.

Faut-il tremper les pièces après la nitruration ?

C'est une très bonne question. La réponse est non, vous ne tempérez pas les pièces. après vous les nitrurez. Les pièces doivent être trempées et obtenir leur température finale. avant le processus de nitruration commence. L'étape de la trempe confère à l'intérieur de la pièce la résistance et la ténacité nécessaires. Il est très important que la température du revenu final soit plus élevée que celle qui sera utilisée pour la nitruration. Elle doit être supérieure d'au moins 30°C (50°F).

Pourquoi est-ce si important ? Si vous nitrurez une pièce à une température supérieure à sa température de revenu finale, l'intérieur du métal deviendra mou. L'ensemble de la pièce serait alors beaucoup plus faible. La règle à retenir est donc la suivante : il faut toujours commencer par la trempe et le revenu. Cela permet de s'assurer que l'intérieur de l'alliage reste solide tandis que la surface extérieure devient très dure. Un bon revenu avant la nitruration est le secret d'une excellente pièce.

Comment contrôler la profondeur de la douille lors de la nitruration ?

La profondeur de cémentation indique la profondeur à laquelle la dureté pénètre dans la surface d'une pièce. Avec la nitruration, vous pouvez modifier la profondeur de cémentation de deux manières principales. La première est la durée pendant laquelle la pièce reste dans le four. La seconde est la température du four. Plus la pièce est traitée longtemps, plus l'azote pénètre profondément dans le métal. Il en résulte une profondeur de cémentation plus importante.

Un boîtier plus profond peut conférer à une pièce une meilleure résistance à la fatigue. C'est important pour les pièces soumises à de fortes contraintes, comme un vilebrequin ou un engrenage. Mais il faut savoir que ce processus prend beaucoup de temps. L'obtention d'un cas profond peut être très lente, et peut parfois prendre plus de 80 heures. Les personnes qui conçoivent les pièces décident de la profondeur de la carcasse en fonction de la tâche à accomplir. Pour de nombreuses tâches, un boîtier mince suffit pour obtenir une excellente résistance à l'usure.

Quel doit être l'état de la surface avant le traitement ?

L'état de surface d'une pièce avant qu'elle ne soit placée dans le four est très important. La surface doit être totalement propre. Il ne doit pas y avoir d'huile, de graisse, de saleté ou de rouille. Toute saleté laissée sur la surface peut empêcher l'azote de pénétrer dans le métal. Il en résulterait des taches molles et le processus ne fonctionnerait pas bien.

En outre, la surface ne peut pas comporter de couches provenant d'autres travaux effectués. Par exemple, une surface peut être blessée pendant Usinage CNC. Dans ce cas, il faut enlever un peu de matière par meulage ou polissage pour obtenir un métal neuf et propre. C'est encore plus vrai pour l'acier inoxydable. L'acier inoxydable est recouvert d'une couche naturelle invisible. Il s'agit d'une couche d'oxyde qui protège le métal. Cette couche doit être enlevée juste avant le processus de nitruration. Si elle n'est pas enlevée, l'azote ne peut pas pénétrer dans le métal. Une surface propre est la première étape d'une bonne pièce nitrurée.

Quels sont les différents types de nitruration ?

Il existe trois principaux types de nitruration. Chacun est légèrement différent. Ils conviennent à différents types de travaux.

1. Nitruration au gaz : C'est le type de nitruration que vous rencontrerez le plus souvent. Pour la nitruration au gaz, les pièces sont placées dans un four fermé hermétiquement. Un gaz spécial est ensuite pompé dans le four. Il s'agit généralement de gaz ammoniac chaud. Le gaz ammoniac se décompose à la surface du métal chaud et libère de l'azote. Cet azote pénètre ensuite dans l'acier. Le flux de gaz doit être surveillé de très près. La nitruration gazeuse est un bon choix pour la fabrication d'un grand nombre de pièces en même temps.
2. Nitruration en bain de sel : Lors de la nitruration en bain de sel, les pièces sont placées dans un bain de sel liquide chaud. Ce sel contient beaucoup d'azote et un peu de carbone. Ce procédé est parfois appelé nitruration liquide. La nitruration en bain de sel est très rapide. Elle confère aux pièces une grande résistance à l'usure et à la corrosion. Elle est souvent utilisée pour un type particulier de nitruration appelé nitrocarburation.
3. Nitruration au plasma : Il s'agit de la méthode la plus récente. Lors de la nitruration au plasma, les pièces sont placées dans un four sous vide. Le four est ensuite rempli d'un mélange de gaz spéciaux, comme l'azote et l'hydrogène. Ensuite, des champs électriques sont utilisés pour que le gaz s'illumine, un peu comme une enseigne colorée. Ce gaz incandescent est appelé plasma. Le plasma contient des ions d'azote. Ces ions sont projetés dans la surface de la pièce. La nitruration au plasma vous permet de mieux contrôler l'ensemble du processus. Vous pouvez utiliser de l'azote gazeux pur si nécessaire. C'est un excellent choix pour l'acier inoxydable car le plasma nettoie la surface et élimine la couche d'oxyde tenace.

Voici un tableau simple qui montre les différences entre les deux :

Quels types de matériaux peut-on durcir avec la nitruration ?

La nitruration convient mieux à certains types d'acier. Elle ne fonctionne pas pour tous les métaux. Les meilleurs matériaux sont les aciers alliés auxquels sont mélangés des éléments d'alliage spéciaux. Ces éléments sont appelés éléments nitrurigènes. Ces éléments sont très efficaces pour absorber l'azote afin de produire les morceaux de nitrure très durs que nous recherchons. Les meilleurs éléments pour ce travail sont l'aluminium, le chrome et le molybdène.

Voici quelques matériaux qui se prêtent bien à la nitruration :

• Aciers faiblement alliés contenant du chrome et du molybdène. Ils sont très souvent utilisés pour les pièces nitrurées.
• Les aciers à outils, tels que le H13, sont souvent nitrurés. Ils sont utilisés pour la fabrication de pièces telles que les matrices d'extrusion.
• L'acier inoxydable est un excellent choix. La nitruration des aciers inoxydables améliore considérablement la dureté de leur surface. Elle les empêche également de coller ou d'être rayés, ce qui constitue un problème appelé "galle". Tous les types d'acier inoxydable, même l'acier inoxydable austénitique, peuvent être traités par nitruration au plasma.
• Les fontes peuvent également être nitrurées. Une surface nitrurée rend les fontes beaucoup plus résistantes et les fait durer plus longtemps.

Il n'est pas possible de durcir un simple acier au carbone par nitruration. Cela est dû au fait qu'il ne contient pas les bons éléments d'alliage. Sans ces éléments, l'azote ne peut pas produire les éléments durs qui donnent une dureté superficielle élevée.

À quoi servent souvent les pièces nitrurées ?

Vous pouvez trouver des pièces nitrurées dans de nombreuses machines que vous voyez et utilisez tous les jours. La nitruration est généralement appliquée aux pièces qui doivent résister à l'usure et à la fatigue. Le revêtement étant très résistant, il convient parfaitement aux pièces qui frottent les unes contre les autres. La faible friction d'une surface nitrurée est également très utile.

Voici quelques exemples où une pièce nitrurée est utilisée pour durcir la surface :

• Pièces du moteur : Le vilebrequin, l'arbre à cames et les pièces des soupapes sont souvent nitrurés. Cela leur permet de résister à des millions de tours et de mouvements à l'intérieur d'un moteur de voiture.
• Engrenages : Un engrenage dans une voiture ou une machine a besoin d'une surface très dure. Cela empêche les dents de l'engrenage de s'user. Un engrenage nitruré est très solide et dure longtemps.
• Des outils pour fabriquer des objets : Les pièces telles que les vis d'extrusion et les matrices qui façonnent le plastique et le métal sont nitrurées. La dureté élevée de leur surface leur permet de façonner d'autres objets sans s'user.
• Composants d'armes à feu : De nombreuses pièces d'une arme à feu sont nitrurées. Cela leur confère une finition dure, noire et durable qui est également très efficace contre la rouille.
• Roulements et bagues : Pour les pièces qui tournent ou glissent, une surface nitrurée signifie moins de friction. Cela permet d'éviter qu'elles ne se collent les unes aux autres.

Le processus de nitruration permet d'améliorer toute pièce nécessitant une surface très dure et une grande résistance à l'usure.

Ce qu'il faut retenir

• La nitruration est un type de traitement thermique. Il introduit de l'azote dans la surface d'un métal pour le rendre très dur.
• Il confère aux pièces une résistance étonnante à l'usure et une grande résistance à la corrosion.
• Le processus utilise une faible chaleur. Cela signifie que les pièces ne changent pas beaucoup de forme ou de taille.
• Les principaux types de nitruration sont la nitruration au gaz, la nitruration en bain de sel et la nitruration au plasma. La nitruration au plasma est celle qui offre le plus de contrôle.
• La nitruration fonctionne mieux sur les aciers alliés et les aciers à outils. Ces aciers contiennent des éléments comme le chrome ou l'aluminium.
• Les pièces doivent être entièrement trempées et revenues. avant vous commencez le processus de nitruration.
• Il est souvent utilisé pour les pièces de moteur comme le vilebrequin, ainsi que pour les engrenages et les outils qui nécessitent une surface très résistante.