Optimisation de la nitruration gazeuse des aciers par une modélisation multiphysique
La nitruration gazeuse est un traitement thermochimique contrôlée par la température, le temps et le potentiel azote superficiel qui influencent de façon notable les propriétés mécaniques (dureté, contraintes résiduelles) et la durée de vie des pièces mécaniques traitées. Cet article propose une méthodologie permettant l’optimisation des paramètres de nitruration en utilisant un modèle multiphysique décrivant complètement le traitement : microstructure, mécanisme de diffusion/précipitation, dureté et génération des contraintes résiduelles.
Tableau 1 : Composition chimique de l’acier de nuance 33CrMoV12-9.
Figure 1 : Influence du temps sur la diffusion d’azote. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et à KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 2 : Influence du temps sur la diffusion de carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et à KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 3 : Influence du potentiel azote sur la diffusion d’azote. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et à t = 30 h.
Figure 4 : Influence du potentiel azote sur la diffusion de carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et à t = 30 h.
Figure 5 : Micrographies électroniques de l’acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et (a.) KN = 0,33 atm-1/2 et (b.) KN = 0,33 atm-1/2 durant 30 h.
Figure 6 : Influence du temps de nitruration sur le profil de dureté, Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 7 : Influence du potentiel azote sur le profil de dureté. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C durant 30 h.
Figure 8 : Comparaison entre expérimentation et simulation de la profondeur correspondant au maximum en carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et à KN = 3,65 atm-1/2. La profondeur effective de nitruration est définie comme la dureté à cœur plus 100 HV 0,2.
Figure 9 : Comparaison entre expérimentation et simulation de la profondeur correspondant au maximum en carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C durant 30 h. La profondeur effective de nitruration
est définie comme la dureté à cœur plus 100 HV 0,2.
Figure 10 : Profils d’azote : comparaison entre expérimentation et simulation. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 11 : Profils de carbone : comparaison entre expérimentation et simulation. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 12 : Profils d’azote et carbone : comparaison entre expérimentation et simulation. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et KN = 0,33 atm-1/2 durant 30 h.
Figure 13 : Comparaison entre expérimentation
et simulation de la profondeur correspondant au
maximum en carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C et KN = 3,65 atm-1/2.
Figure 14 : Comparaison entre expérimentation
et simulation du gradient de cémentite Fe3C. Acier
de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C
et KN = 0,33 atm-1/2 durant 30 h.
Figure 15 : Comparaison entre expérimentation
et simulation du gradient de cémentite Fe3C. Acier
de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 550 °C
et KN = 3,65 atm-1/2 durant 30 h.
Figure 16 : Comparaison entre expérimentation
et simulation de la profondeur correspondant au maximum en carbone. Acier de nuance 33CrMoV12-9 nitruré à T = 520 °C et KN = 3,65 atm-1/2. La profondeur effective de nitruration est définie comme la dureté
à cœur plus 100 HV 0,2.
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