La décarburation fait partie des défis quotidiens liés au traitement thermique des métaux. Il s’agit d’une réaction chimique qui se déroule lorsque des pièces en acier font l’objet d’un chauffage en présence d’oxygène. Le carbone présent dans les matériaux traités s’évapore et ceux-ci perdent alors leur résistance naturelle à l’usure et présentent un plus grand risque de casse par fissuration. Pour éviter les problèmes liés à la décarburation, il existe deux méthodes principales : le traitement sous atmosphère contrôlée ou sous vide et la reprise d’usinage en enlevant la couche décarburée, pour revaloriser les pièces endommagées.
Pourquoi faut-il éviter la décarburation ?
Le phénomène de décarburation s’observe sur les pièces en acier. Comme son nom le laisse deviner, il impacte la teneur en carbone à la surface de celles-ci, suite à une opération de chauffage. La décarburation représente une réaction chimique indésirable qui diminue cette teneur en carbone, ce qui fragilise grandement la résistance des pièces.
En pratique, ce phénomène se produit lorsque l’acier est chauffé en présence d’oxygène. L’alliage, constitué d’atomes Fe et C, réagit avec l’O2 en créant du CO2. Le carbone de l’acier composant les pièces s’évapore pour former ce gaz et, de fait, la concentration en carbone diminue en surface de la pièce. Or, la dureté de l’acier dépend avant tout de sa teneur en carbone. Ainsi, à chaque opération de chauffage dans une atmosphère contenant de l’oxygène, les pièces se trouvent décarburées, ce qui engendre, à terme, un réel risque de rupture.
Sur le long terme, les conséquences d’une décarburation importante peuvent se révéler multiples : fissures superficielles se propageant jusqu’au cœur de la pièce et provoquant sa rupture, réduction de la dureté et de la résistance à l’usure en surface. Il semble donc primordial d’empêcher la décarburation.
Différentes solutions pour empêcher ce phénomène
La première chose à faire pour éviter la décarburation paraît évidente : empêcher la présence d’oxygène dans l’atmosphère du traitement thermique appliqué aux pièces en acier. Plusieurs options s’offrent alors aux professionnels, qui peuvent également choisir d’effectuer des reprises d’usinage à la suite de traitements indispensables.
Modifier l’atmosphère du traitement
La première solution pour empêcher la décarburation consiste à garantir l’absence d’oxygène lors du chauffage de l’acier. Plusieurs opérations de traitements thermiques sous atmosphère contrôlée offrent cette possibilité.
Tout d’abord, les traitements sous atmosphère neutre, qui consistent à diffuser de l’azote ou de l’argon, se déroulent dans un milieu totalement dénué d’oxygène. Cette méthode réduit également, de manière assez logique, le risque d’oxydation des pièces et s’emploie beaucoup pour des opérations de recuit, de trempe ou de stabilisation. Dans certains cas, il est également possible de chauffer sous vide.
Il existe aussi des traitements sous atmosphère contrôlée réactive à base de carbone. Cette technique consiste à diffuser du carbone pendant l’opération et ce, dans la même concentration que celle susceptible de s’évaporer pour se transformer en CO2. Par exemple, si les pièces disposées dans le four contiennent 0.4 % de carbone, l’atmosphère à l’intérieur est chargée à 0.4 % de cet élément chimique, afin de ne pas perturber la composition de l’acier. Cette solution a précisément été développée dans le but d’éviter la décarburation et fonctionne grâce à des capteurs adaptant la concentration en carbone dans l’atmosphère de traitement.
Usiner les pièces
Une autre méthode pour éviter la décarburation, consiste à enlever la zone décarburée avec une opération d’usinage. On parle alors de reprise d’usinage : les zones décarburées sont retirées. La plupart du temps, il demeure toutefois nécessaire de retravailler l’ensemble des pièces pour éviter les disparités, ce qui peut se révéler assez coûteux et chronophage.
La décarburation reste un phénomène naturel, qui se produit lorsque l’acier est chauffé en présence d’oxygène. Cette situation engendre une réaction chimique au cours de laquelle le carbone s’évapore, ce qui diminue fortement la résistance des matériaux face à l’usure et augmente le risque de casse. Deux grandes solutions permettent d’éviter la décarburation : le traitement sous atmosphère contrôlée et la reprise d’usinage. Dans le premier cas, les fours de traitement diffusent une atmosphère neutre ou bien réactive, chargée en carbone, pour que les pièces traitées conservent leur teneur en carbone. Dans le deuxième, les éléments ayant subi une décarburation font l’objet d’une reprise en usinage pour conserver leurs propriétés initiales à la suite du traitement. Souvent, le premier cas représente la solution la plus adaptée et la plus économique.
