Traitement thermochimique en phase solide des aciers utilisant des poudres (bore-silicium) et (bore-azote)

Abstract

Un durcissement superficiel de deux aciers A60 et Z200CDV12 et une fonte FGS 400-15, a été réalisé par un traitement thermochimique de boruration en phase solide à l'aide d'une poudre à base de carbure de bore (B4C), à des températures de 900, 950 et 1000°C pendant 2, 4 et 6 h. Le durcissement consiste à former des borures sur ces nuances. Lors du traitement thermochimique, les borures formés sont de types: FeB et Fe2B. Les caractérisations microstructurales ont permis de caractériser la morphologie de la couche borurée formée à l'interface avec le substrat, d'évaluer l'épaisseur de cette couche et d'identifier la nature des borures qui composent cette couche. Les caractérisations micromécaniques sont réalisées à l'aide des profils de microdureté depuis la surface jusqu'au cœur de l'échantillon. L'étude de la cinétique de croissance des couches borurées (FeB+Fe2B) a été réalisée entre 900 et 1000°C. Dans ce domaine de températures, nous avons déterminé les coefficients de diffusion du bore dans la couche borurée à partir de la loi de croissance de type parabolique x =?t. Les coefficients de diffusion D ont été déterminés également par la relation exponentielle de type Arrhenius D = D0 exp (-Q/RT), en faisant varier la température et le temps. Les résultats montrent que D augmente avec l'augmentation de la température de traitement. Les énergies d'activation du bore ont été estimées respectivement à 194, 215 et 220 KJ/mole pour les nuances A60, la fonte FGS 400-15 et le Z200CDV12. La simulation du traitement thermochimique de boruration par la méthode des plans d'expériences nous a permis d'étudier l'effet de la température et du temps sur la croissance de la couche borurée. Le modèle mathématique [2] retenu est un polynôme de second degré y = a0 + a1x1 + a2x2 + a12x12. L'effet de la température, représenté par le coefficient a1, est de l'ordre de 48 pour l'acier A60, 35 pour la fonte FGS 400-15 et 21 pour l'acier Z200CDV12. L'effet du temps, représenté par le coefficient a2, est de 50 pour l'acier A60, 30 pour la fonte FGS 400-15 et 15 pour l'acier Z200CDV12.