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Si les traitements thermiques permettent de donner à la pièce de l’homogénéité, il peut parfois être intéressant de donner à une pièce une dureté uniquement en surface et de garder à cœur une grande résilience. On parle ici de traitements de durcissement superficiel.
L’objectif de la trempe superficielle est d’obtenir, sur quelques millimètres, le durcissement de la partie superficielle d’une pièce d’acier en vue d’augmenter la résistance à l’usure, aux chocs et à la fatigue. La pièce garde à cœur sa ductilité. Pour cela, on effectue une trempe au chalumeau oxy-acétylénique ou par induction à haute fréquence.
Dans le cadre de la trempe au chalumeau, on obtient une dureté Brinell de 450 à 650 soit 140 à 220 kg.
Les aciers destinés à cet usage peuvent être des aciers auto-trempants, des aciers à 0.40% de carbone comme le 38/42CD4 à l’état recuit.
Les traitements par induction sont surtout utilisés sur des aciers courants et peu chers (moins chers que les aciers de cémentation) pour des productions en très grandes séries notamment des tiges de diamètre 9 à 25 en acier C35/C45 trempés HF (trempé induction haute fréquence), chromés avec polissage pour des hayons de voiture.
On trouvera également des 42CD4 trempés HF pour des tiges de vérins.
Le principe de la cémentation est d’incorporer à la surface d’un acier doux (bas carbone) une quantité suffisante de carbone pour donner les propriétés d’un acier dur. Le centre de la pièce garde sa résilience, caractéristique des aciers doux. Les aciers utilisés sont des aciers bas-carbone comme l’XC18, le 16NC6 (acier nickel-chrome de cémentation), le 25CD4 ou le 20MC5 (Euracier). Ces aciers, faciles à usiner et surtout utilisés pour des pièces de petites dimensions, reçoivent la plupart du temps, après leur cémentation, une trempe pour obtenir une dureté optimale. Parfois, un recuit est réalisé entre la cémentation et la trempe.
La nitruration est un traitement de surface qui consiste à enrichir en azote la zone superficielle d’une pièce d’acier. Il en résulte la formation d’une couche périphérique extrêmement mince mais très dure.
L’acier utilisé est surtout le 40CAD612 (acier à l’aluminium Cr.Al.Mo) mais également le 30CND8 et le 40CMD8, même si tous les aciers peuvent être nitrurés.
La dureté des aciers les plus durs après trempe et revenu ne dépasse par 900HV soit 67HRC. Grâce à une nitruration, la surface de l’acier peut atteindre des duretés allant jusque 1200HV. Ce qui les rend adaptés pour toutes les pièces subissant une très grande résistance à l’usure par frottement sans choc.
La carbonitruration est l’incorporation de carbone (cémentation) et d’azote (nitruration) dans le métal. Certains aciers, par exemple les XC avec 0,2 à 0,3% de carbone, ne sont pas cémentables mais conviennent parfaitement à la carbonitruration.
Parmi les traitements de surface de l'acier, un autre procédé est très largement utilisé : le chromage dur. Le principe va être de plonger la pièce à traiter dans une solution d'acide chromique puis de réaliser une électrolyse pour que le chrome vienne se fixer sur l'acier. La couche de chrome pourra être fine ou relativement épaisse (de 20µm à 1 mm en général).
Le chromage dur a plusieurs utilités, et en particulier deux : l'augmentation de la dureté (on pourra atteindre des duretés de l'ordre de 1000 à 1100 HV, soit 70 HRc) et l'amélioration du coefficient de frottement. C'est pour cette raison d'ailleurs que le chromage dur est très souvent utilisé pour les pièces d'usure ou en contact, comme par exemple les tiges de vérin...
Autre caractéristique très importante, le chromage dur permet de protéger la pièce contre la corrosion. Attention cependant, une rectification sera souvent nécessaire pour contrôler finement le diamètre extérieur.
Article rédigé par Frédéric Crespel, spécialiste des métaux et fondateur de aciersspeciaux.fr
