NITRURATION GAZEUSE NITREG®


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Nitriding is a process of diffusing nitrogen atoms into the metal surface. Nitrogen is plentiful on Earth, however, in nature it exists as a two-atom molecule, chemically inert and too large to penetrate the surface. Hence nitriding technologies focus on the source of nascent (atomic) nitrogen.

The main objective of nitriding is to increase the hardness of the component’s surface by enriching it with nitrogen. Regardless of the method, nitriding is a process of diffusing nitrogen into the metal and such diffusion, once individual atoms of nitrogen have penetrated the surface, continues as long as the temperature is high enough, and there is a fresh supply of nascent nitrogen on the surface. In other words, the diffusion is basically the same in all nitriding, while the difference lies in the supply of nitrogen. The latter has a fundamental influence on the resultant properties of the surface.

D’une manière générale, tous les alliages ferreux, notamment les aciers inoxydables, les fontes et même les alliages de titane, sont susceptibles d’être nitrurés. Cependant, les alliages présentent des caractéristiques uniques quant aux conditions de surface, à la vitesse naturelle de la diffusion et à la propension à former des nitrures. Il convient donc de ne pas perdre de vue que même un processus de nitruration correctement configuré produira des résultats sensiblement différents sur des matériaux différents. De ce fait, certains utilisateurs peuvent rencontrer des difficultés insurmontables, en particulier si leur méthodologie est insuffisante et/ou par manque de connaissance et d’expérience.

ACIERS DE NITRURE
CATÉGORIE AISI	CATÉGORIE UNI	PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE L’ALLIAGE	DURETÉ DU NOYAU HV/HRC	DURETÉ DE LA SURFACE HV1
N135M	38CrAlMoA	C=0.38 Cr=1.7 Mo=0.3 Al=1	350/36	1190-1290
Nitralloy N		C=0.35 Cr=115 Ni=3.5 Mo=0.25	350/36	1100-1200
	34CrAlNi7	C=0.42 Cr=3 Mo=1.2 V=0.20	350/36	1190-1290
42CrMoV12	42CrMoV12	C=0.42 Cr=3 Mo=1.2 V=0.20	490 / 48	1050-1150
	31CrMo12	C=0.32 Cr=3 Mo=0.4	320 / 32	870-920
	30CrMoV9	320 / 32C=0.30 Cr=2.5 Mo=0.2 V=0.15	320 / 32	900-930
	25CrMo20	C=0.25 Cr=6 Mo=0.20	280 / 27	1000-1100

AUTRES ACIERS ALLIÉS POUVANT ÊTRE DURCIS
CATÉGORIE AISI	CATÉGORIE UNI	PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE L’ALLIAGE	DURETÉ DU NOYAU HV/HRC	DURETÉ DE LA SURFACE HV1
4130	30CrMo4	C=0.30 Cr=1 Mo=0.2	300 / 30	640 – 680
4140	42CrMo4	C=0.40 Cr=1 Mn=0.9 Mo=0.2	300 / 30	650 – 700
4340		C=0.40 Cr=0.8 Ni=1.8 Mo=0.25	310 / 31	650 – 700
	30NiCrMo12	C=0.30 Cr=0.8 Ni=2.8 Mo=0.12	310 / 31	600 – 650
	35NiCrMo15	C=0.35 Cr=1.7 Ni=3.8 Mo=0.15	330 / 33	800 – 850

ACIERS AU CARBONE
CATÉGORIE AISI	CATÉGORIE UNI	PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE L’ALLIAGE	DURETÉ DU NOYAU HV/HRC	DURETÉ DE LA SURFACE HV1
1010	C10	C=0.10 Mn=0.50	160	320 – 380
1020	C20	C=0.20 Mn=0.50	180	320 – 380
1030	C30	C=0.30 Mn=0.7	180	380 – 420
1045	C45	C=0.45 Mn=0.7	200	420 – 470
1060	C60	C=0.60 Mn=0.7	250 / 22	525

ACIERS ALLIÉS CARBURANT
CATÉGORIE AISI	CATÉGORIE UNI	PRINCIPAUX ÉLÉMENTS DE L’ALLIAGE	DURETÉ DU NOYAU HV/HRC	DURETÉ DE LA SURFACE HV1
5115	16MnCr5	C=015 Cr=0.8 Mn=0.9	180	660 – 720
	20 MnCr5	C=0.20 Cr=1.15 Mn=1.3	240 / 21	750 – 800
8620		C=0.20 Cr=0.5 Ni=0.6 Mo=0.2	190	500 – 520

Une surface exposée à un support de nitruration produira généralement deux couches distinctes. La couche externe est appelée couche composite (ou couche blanche) et son épaisseur se situe généralement entre zéro et 0,001″ (25 µm). Une couche cémentée de diffusion ou zone de diffusion se trouve sous la couche blanche. Les deux couches constituent ce que l’on appelle d’une manière générale la couche cémentée. Cependant, selon le matériau et sa dureté initiale avant traitement, les propriétés de ces couches présenteront de grandes disparités.

Les images de deux empreintes d’un test de dureté Vickers présentées ci-dessous illustrent la différence entre un processus contrôlé et un processus non contrôlé. L’échantillon de gauche a été produit au cours d’un processus traditionnel et la fissuration de surface est un indicateur de la couche fragile. L’échantillon de droite est le résultat d’un processus Nitreg® au cours duquel, bien que la dureté soit la même, aucune fissure ne s’est formée. Le composant ayant subi le traitement Nitreg® est donc plus résistant, grâce à une couche composite particulièrement robuste.

De tels résultats supérieurs ne peuvent être obtenus qu’en contrôlant la concentration d’azote dans le substrat et l’approche moderne consiste à contrôler le potentiel de nitruration (KN). Une compréhension et une application adéquates des principes qui lient le potentiel de nitruration (KN), la température et la durée représentent la pierre angulaire de la technologie Nitreg®. Un exemple de notre capacité à produire diverses combinaisons de couche blanche/couche cémentée de diffusion est indiqué dans le tableau suivant, Combinaisons de couches nitrurées (PDF).

La capacité à contrôler le potentiel de nitruration devient progressivement une exigence, comme le montre la norme AMS 2759/10, par exemple.

Pour résumer, Nitreg® est un processus moderne, capable de répondre aux exigences métallurgiques de toutes les spécifications de nitruration initialement rédigées pour la nitruration gazeuse traditionnelle, en bain de sel ou au plasma.

PROPRIÉTÉS/CARACTÉRISTIQUES	Nitruration contrôlée NITREG®	Gaz classique	Bain de sel	Plasma (Ion)
Nettoyage (avant)	Propre	Propre	Relativement propre	Très propre
Nettoyage (après)	Non requis	Non requis	Absolument requis	Non requis
Temps de chauffage	Court	Court	Très court	Long
Positionnement des pièces	Simple	Simple	Simple	Très complexe/exige des compétences et de l’expérience
Nitruration de l’acier inoxydable	Possible	Impossible	Possible	Possible
Fonctionnement de l’équipement	Très simple/entièrement automatisé	Relativement simple	Simple	Très complexe/exige des compétences avancées
Contrôle/uniformité de la température	Excellent	Bon	Bon	Difficiles/insuffisants/possibilité de surchauffe
Contrôle du potentiel de nitruration	Oui	Non	Non	Non
Control of % of ε and γ’	Possible	Non	Non	Possible
Nitruration sans couche blanche	Possible	Non	Non	Possible
Contrôle de la porosité	Possible	Non	Non	Possible
Répétabilité des résultats	Excellente (quelle que soit la charge)	Possible (charges répétitives uniquement)	Possible (charges répétitives uniquement)	Possible (charges répétitives uniquement)
Entretien de l’équipement	Simple	Relativement complexe	Complexe	Très complexe
Degré de pollution	Très faible	Élevé	Extrêmement élevé	Très faible

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