Les aciers alliés de cémentation

Les acers alliés de cémentation ont une particularité : leur teneur en carbone est augmentée en surface afin d’obtenir une couche plus dure après trempe. Ils font partie des aciers pour traitements thermiques. Le pourcentage de carbone ajouté tourne autour de 0,2%, pour arriver à une couche dont la profondeur varie de 0,1 à 6 mm (0,3 à 3 mm pour les plus courantes), et dont les objectifs sont, d’une part de rehausser la dureté superficielle de l’acier (58 à 63 HRC), d’autre part de le rendre plus résistant à la fatigue et à l’usure.

Procédés et nuances

Le processus de cémentation consiste donc en un enrichissement superficiel en carbone, à raison de 0,7 à 0,9% par pièce. La diffusion est suivie d’une trempe, éventuellement d’un revenu. On distingue différents procédés : cémentation sous atmosphère, basse pression, en lit fluidisé… Notons que la trempe peut, elle, intervenir directement ou après une reprise d’usinage de la pièce.

Différents aciers alliés peuvent faire l’objet d’une cémentation, ou d’un traitement quasiment similaire, la carbonitruration. Les plus courants sont les alliages chrome-molybdène, et inversement, avec par exemple les nuances 18CrMo4 et 20MoCr4, manganèse-chrome (16MnCr5, 16CrMnB5, 20MnCr5), nickel-chrome (14NiCr11, 16NiCr4, 20NiCr4) ou encore nickel-chrome-molybdène (16NiCrMo13, 18NiCrMo5, 20NiCrMo7…).

Ces alliages doivent présenter, avant cémentation, une faible teneur en carbone (inférieure à 0,25%) afin que la couche ainsi constituée fasse compression sur le cœur, lequel conserve toute sa ténacité. Les nuances jouent un rôle fondamental dans le choix d’un acer de cémentation : en particulier sur les plus grandes pièces, elles vont influer sur l’épaisseur et la dureté de la couche superficielle.

Les domaines d’application

En présentant une couche superficielle dont la dureté Vickers dépasse les 700 HV alors que le cœur avoisine généralement les 400 HV, mais également de fortes caractéristiques de résistance (fatigue, roulement, usure), les aciers alliés de cémentation sont fortement appréciés dans l’industrie. Certaines conditions doivent cependant être remplies pour obtenir le comportement désiré des structures : austénite résiduelle inférieure à 25 ou 30%, épaisseur d’oxydation inférieure à 6-10 μm, résistance à cœur comprise entre 1050 et 1250 MPa pour améliorer la résistance à la fatigue…

Définis par la norme NF EN 10084, les aciers alliés de cémentation sont principalement utilisés dans les secteurs des machines-outils et des équipements industriels, des transports et de l’automobile, mais aussi du machinisme agricole et des engins de travaux publics. Typiquement, ils servent à la fabrication de pièces comme des roulements, des arbres de transmission, des engrenages, des vilebrequins, des injecteurs, des pistons, des moules à béton ou encore des cylindres de laminage.

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