Carbonitruration

Ajouter de l'azote à un acier permet des températures de carbonitruration plus basses que celles utilisées en cémentation par le carbone seul, ce qui est un avantage économique important : on obtient un acier dont la surface est bien plus dure, sans avoir besoin de le chauffer à une trop haute température.

La plupart des aciers deviennent entièrement austénitiques une fois dépassé le point AC3, vers 920°C. Avec une addition d'azote, on réalise l'incorporation de carbone dans l'acier, en surface seulement, à des températures bien plus faibles qu'avec la seule adjonction de carbone.

La cémentation consiste à enrichir en carbone la zone superficielle de pièces en acier à bas carbone, donc plutôt malléables à froid, puis à les tremper de manière à obtenir une couche martensitique dure en surface, la martensite étant résistante à l'usure, mais l'acier de base ayant un cœur moins dur, il est plus tendre et ductile. Il est donc bien plus susceptible d'absorber des chocs, sans casser net comme un échantillon de même taille, entièrement martensitique.

La cémentation s'applique soit en surface soit sur l'entièreté du volume à des aciers qui contiennent des éléments d'alliage destinés à améliorer la trempabilité et à conférer à la pièce une certaine résistance à cœur, ou en surface selon la technique de cémentation retenue.

Lorsqu'on désire obtenir un résultat analogue avec des aciers qui se prêtent moins bien à la trempe, tels que des aciers de décolletage, qui eux sont enrichis d’éléments chimiques à bas point de fusion comme les aciers additionnés volontairement au plomb, au soufre, au phosphore, on procède à un traitement de carbonitruration.

Dans ce cas, on ajoute à l'atmosphère de cémentation une quantité d'ammoniac généralement inférieure à 5 % du volume. Traditionnellement, les forgerons trempaient leurs pièces entièrement austénitisées dans des seaux d'urine. C'est l'urée qui assurait l'apport en azote, une flamme pauvre en oxygène ayant apporté du carbone préalablement. L'urine comportant beaucoup d'eau, la carbonitruration et la trempe sont faites en même temps.

À la température de traitement, l'ammoniac se décompose en azote et en hydrogène. Une partie de l'azote pénètre dans le réseau cristallin de l'acier en provoquant entre autres une augmentation importante de la trempabilité. Les pièces carbonitrurées sont ensuite trempées^[1].

La carbonitruration est appliquée sur les pièces mécaniques où une grande résistance à l’usure est exigée avec une de profondeur de couche cémentée comprises entre 0,1 et 0,75 mm maximum.

Les applications concernées sont les engrenages, pistons ou roulements.