Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de M’Sila - Mohamed Boudiaf
Affiliation
Institut de Physique
Auteur
MAZA, Samira
Directeur de thèse
Younès Benarioua
Filière
Physique des Matériaux Métallique
Diplôme
Magister
Titre
elaboration et étude des proprietes physiques et mecaniques des surfaces des aciers cémentés
Mots clés
Key words: cementing, surface treatment, soak, steels, heat treatment, hardness, diffraction of x-rays. Mots clés: cémentation, traitement de surface, trempe, aciers, traitement thermique, dureté, diffraction des rayons X.
Résumé
Résumé: L’objectif de mon travail de mémoire a été de réaliser expérimentalement le procédé de cémentation solide de deux types d’aciers faiblement alliés d’une part, et d’étudier les propriétés physiques et mécaniques des surfaces cémentées de ces aciers traités d’autre part. Donc, le travail s’articule, dans un premier temps, sur la modification de la surface des pièces en aciers par des traitements de cémentation selon différentes conditions des expérimentations de température et de temps de maintient. Le deuxième volet de ce travail traite l’étude des propriétés tant de point de vue physico-chimique que mécanique des surfaces des aciers produits de ces traitements. Les moyens de caractérisation utilisés lors de cette étude sont plusieurs : l’analyse métallographique, la méthode de diffraction des rayons X et le système d’indentation Vickers. Les échantillons ont été examinés par la microscopie optique. La méthode de diffraction a été exécuté afin d’identifier les phases formées près de la surface après le dépôt de carbone et l’opération de trempe et de revenu. L’essai de la mesure de la dureté en profil a été réalisée afin d’étudier le comportement mécanique de l’acier et l’évolution de la dureté dans les couches cémentées. Les résultats de cette étude ont montré que quelque soit la nuance d’acier, faiblement allié utilisé, le traitement de cémentation qui se suit par des traitement de trempe et de revenu, produit des changements structuraux et mécaniques importants dans le matériau traité, il permet d’avoir une pièce composée de deux aciers très différents : l’âme de pièce demeure un acier extra-doux permet d’absorber les déformations et les chocs, tandis que la couche superficielle est un acier très carburé de dureté plus élevée s’étend sur quelques millimètres de profondeur qui dépend de conditions de traitement et de la nuance de l’acier utilisé. Après ce traitement, une zone très carburée apparaît à l’extrémité de la pièce de dureté plus élevée, c’est la zone de combinaison de carbone avec le métal de base, constitue des lattes de la martensite et de la structure sorbitique qui est un constituant extrêmement fin qui se forme au cours du réchauffage d’un acier trempé martensitique (revenu), sa structure est constitué par de fins carbures de fer dans une matrice ferritique. La formation de ces carbures de fer étant liée à la diffusion du carbone de cément solide dans la matrice de l’acier de base qui mise en solution solide interstitielle dans l’austénite qui transforme après la trempe à la martensite qui se décompose à son tour, lors de revenu, en un complexe de carbures de fer. Puis plus en profondeur, le processus de diffusion de carbone de la surface carburée vers l’intérieur de la pièce résulte une zone de diffusion qui constitue des lamelles de la troostite à cause de la diminution de la vitesse de refroidissement de l’austénite et de la teneur de carbone. Le durcissement par cémentation dans la zone de diffusion est dû à l’apparition de troostite qui limite la mobilité des dislocations. Dans cette zone, le carbone est combiné aussi avec les éléments d’alliages pour former des carbures intragranulaires qui peuvent conduire à des durcissements importants. Enfin une zone qui représente le métal de base, de composition inchangée de teneur en carbone plus faible, oŭ peuvent être présente ferrite et perlite, il présente une dureté plus faible par rapport à la couche cémentée. Les diffractogrammes obtenus révèlent la présence da la martensite, de la ferrite et des carbures de fer Fe3C, Fe2C, Fe5C2, CFe2,5 et Fe7C3, dans la couche cémentée avec différentes formes de cristallisation. En effet, l’augmentation de température et de durée de cémentation fait augmenter l’intensité de ces carbures. Les profils de dureté réalisés montrent que la microdureté étant fortement dépendante de la microstructure et surtout de la nature des constituants qui sont formés, les éléments d’addition présents dans l’acier ainsi que les paramètres de traitements vont donc avoir une influence sur les profils obtenus après traitements Summary The objective of my work of memory was to carry out in experiments proceeded of solid cementing of two types of carburizing steels on the one hand, and to study the physical properties and mechanical face-hardened surfaces of these treated steels on the other hand Therefore, work is articulated, initially, on the modification of the surface of the steel parts by treatments of cementing according to various conditions of the experiments of temperature and of time of maintains. The second aspect of this work treats the study of the properties as well from physicochemical point of view as mechanical of surfaces of produced steels of these treatments. The means of characterization used at the time of this study are several: metallographic analysis, the DRX and the system of Vickers indentation. The method of diffraction was implemented in order to identify the phases formed close to surface after the carbon deposit and the operation of hardening and income. The samples were examined by optical microscopy. The test of measurement of hardness in profile was realized so to study the mechanical behaviour of steel and evolution of hardness in the face-hardened layers. The results of this study showed that however the nuance of steel, slightly allied used, treatment of cementing which is followed by treatment of hardening and income, product structural and mechanical changes significant in treated material, it makes it possible to have a part made up of two very different steels: the heart of part remains an ingot-iron makes it possible to absorb the deformations and the shocks, while the surface layer is a very high-carbon steel of higher hardness extends on a few millimeters of depth which depends on conditions of treatment and the nuance of used steel. After this treatment, a very high-carbon zone appears at the end of the part of more raised hardness, it is the zone of carbon combination with the base metal, constitute slats of martensite and sorbitique structure which is constituent extremely fine which is formed during the reheating of a martensitic tempered steel (income), its structure is consisted fine iron carbides in a ferritique matrix. The formation of these carbides being related to the diffusion of the solid cement carbon in the matrix of the basic steel which put in interstitial solid solution in the austenite which transforms after hardening to the martensite which breaks up in its turn, at the time of income, in an iron carbide complex.. Then more in-depth, the process of carbon diffusion of the surface high-carbon towards the interior of the part results a zone from diffusion which constitutes lamellas of troostite because of the reduction the speed of cooling of austenite and carbon content. Hardening by cementing in the zone of diffusion is due to the appearance of troostite which limits the mobility of dislocations. In this zone, carbon is also combined with the alloy elements to form intragranulaires carbides which can lead to hardenings significant. Finally a zone which represents the base metal, of unchanged composition of percentage of weaker carbon, or can be present ferrite and perlite, it has a lower hardness compared to the face-hardened layer. The diffractogrammes obtained reveal the presence of iron carbides Fe3C, Fe2C, Fe5C2, CFe2,5, Fe7C3 and FeC, in the face-hardened layer with various forms of crystallization. In effect, the increase in temperature and duration of cementing makes increase the intensity of these carbides. The profiles of hardness carried out show that microhardness is strongly dependent on the microstructure and especially on the nature of the components which are formed, the elements of addition present in steel as well as the parameters of treatments thus will have an influence on the profiles obtained after treatments.
Date de soutenance
20Mai 2009
Pagination
111
Format
pdf
Statut
Traitée