Modification de la composition des aciers
Ces traitements modifient, sous une épaisseur plus ou moins importante, la composition initiale des aciers en y incorporant un élément complémentaire. La modification a lieu sous une température élevée pour assurer l'interdiffusion de l'élément. suivant des lois bien déterminées et suivant les conditions particulières à chaque élément. Les éléments le plus couramment incorporés par diffusion sont le carbone et l'azote; mais les diffusions de soufre sont également utilisées.
La cémentation
Dans la cémentation, les couches extérieures d'une pièce deviennent très dures tandis que le noyau reste ductile. Le procédé comporte, tout d'abord, une opération dans laquelle la surface est enrichie en carbone, ou en carbone et en azote, par un chauffage de longue durée dans un milieu de carburalion qui peut être un solide en granulés, un liquide ou un gaz. Dans le traitement le plus simple et le plus courant, la pièce est refroidie directement. après l'opération de carburation. Dans les traitements plus élaborés, on effectue ensuite deux traitements thermiques ; l'un pour affiner et renforcer le noyau, l'autre pour durcir la surface.
La cémentation en vase clos
Dans ce procédé qui n'exige pas d'installation spéciale, les pièces sont placées en caisses métalliques au contact de substances carbonées solides, telles que des os broyés, du charbon, en même temps que d'un activant comme le carbonate de baryum, lequel facilite la circulation des gaz à travers les caisses. Celles-ci sont scellées, puis chauffées et maintenues à une température supérieure. Dans ces conditions, le carbone est absorbé par les couches superficielles et l'on obtient une teneur en carbone d'environ 1,0 %. En huit heures environ on obtient une profondeur de cémentation qui peut atteindre 1,6 mm. Le milieu de carburation est de l'oxyde de carbone.
La cémentation gazeuse
C'est un procédé de cémentation plus rapide, plus direct et plus facile à contrôler que le procédé de cémentation en caisse. Il est basé sur les propriétés carburantes d'un mélange de gaz (carbures d'hydrogène et oxyde de carbone) qui circule dans un four, au contact des pièces à cémenter. Ces gaz: l'oxyde de carbone et le méthane, qui pyrolysent à la température de carburation, fournissent le carbone superficiel. Une méthode courante consiste à introduire le milieu de carburation dans une cornue chauffée et fermée dans laquelle on fait culbuter mécaniquement la pièce. On utilise généralement des gazogènes dans lesquels l'atmosphère de carburation est produite de façon endothermique à partir de gaz contenant du carbone, enrichis d'hydrocarbures. La cémentation gazeuse permet de contrôler très exactement la profondeur de cémentation et elle est plus rapide que la cémentation en caisse, car le temps nécessaire pour chauffer le matériel se trouve économisé. Autre avantage, la cémentation peut être suivie par un cycle de diffusion au cours duquel il n'y a pas admission de gaz, ce qui fait baisser la teneur du carbone en surface et permet d'obtenir une meilleure graduation de la couche de cémentation. Ce procédé nécessite toutefois des investissements importants et son emploi ne peut donc être envisagé que pour des traitements de grandes séries de pièces.
La carbonitruration
La carbonitruration est une méthode gazeuse de cémentation dans laquelle on introduit de l'azote ainsi que du carbone dans la surface de l'acier. Ce procédé est largement utilisé et il présente l'avantage d'une mise en œuvre à relativement basse température, habituellement entre 815 et 875 °C. De même qu'avec la cémentation gazeuse, on peut utiliser un gazogène endothermique; en fait. on peut utiliser le mème gaz porteur dans les deux procédés. La seule différence est qu'on ajoute, en carbonitruration, un troisième gaz: de l'ammoniac anhydre qui pyrolyse pour produire de l'azote et de l'hydrogène naissant.
La carbonitruration a largement remplacé le traitement en bain de cyanure à cause des risques que présentait la mise en œuvre de celui-ci. Dans ce procédé, les pièces d'acier sont immergées dans un bain de sel de cyanure fondu et sont maintenues à une température d'environ 870°C; cette opération permet d'obtenir un mélange de carbures et de nitrures dans la couche superficielle.
La nitruration
Le procédé de nitruration consiste à soumettre les aciers spéciaux trempés et « revenus» à l'action du gaz ammoniac, sous des températures qui varient habituellement entre 500 et 550° C, Il se produit différentes combinaisons fer-azote, en particulier du nitrure de fer, ainsi qu'une solution solide à faible teneur en azote. Les éléments d'addition: chrome, tungstène, etc... se combinent également àl'azote pour former également des nitrures. Le durcissement superficiel est considérable et l'action de l'azote est progressive, de sorte que la couche durcie est solidement liée au noyau. La température de l'opération, relativement basse, permet d'éviter, en grande partie, les déformations qui peuvent se produire lors du durcissement par d'autres procédés, en particulier par la cémentation. On constate cependant un très léger « gonflement », dont il convient de tenir compte. L'épaisseur de la couche durcie dépend de la durée de l'opération et peut varier de quelques centièmes de millimètres à un millimètre environ. Aucune trempe n'est nécessaire après l'opération de nitruration.