Soutenance de thèse de Yanxue Zhang

Titre de la thèse : Gas nitriding of M2 high-speed steel to improve the surface mechanical properties of screw-rolling die 

Résumé des travaux :

Les molettes de roulage en acier rapide M2 pour la fabrication de vis de freins de stationnement électriques sont souvent confrontées à une défaillance prématurée en service. Les dommages et l’initiation des fissures se produisent à plusieurs micromètres sous la surface de la denture de la molette en raison de la charge élevée de contact, avec effet de glissement, et par la présence de gros carbures ségrégés. Une analyse de cas industriel utilisant le critère de fatigue de Dang Van montre que la nitruration augmente la résistance à la fatigue en proche surface du matériau.

Les cinétiques de nitruration gazeuse de l’acier M2 sont étudiées avec plusieurs jeux de paramètres. L’augmentation du potentiel de nitruration et de la température de traitement accélèrent le processus de nitruration en raison de la modification des conditions aux limites et de la cinétique de la réaction thermochimique, respectivement. Le traitement de nitruration gazeuse est sensible à la propreté et à la méthode de finition mécanique de la surface traitée.

Le gradient de dureté dans la couche de nitruration est généralement cohérent avec le gradient de concentration en azote, dont le maximum se situe à la surface. L’évolution des contraintes résiduelles dépend fortement du changement de volume induit par les transformations de phase provoquées par la nitruration. Elles atteignent leur maximum après l’accumulation du carbone (à une profondeur plus faible, avant que l’azote ne diminue de façon importante) et diminue près de la surface.

Le potentiel limite de nitruration pour la formation de la couche de combinaison est identifié pour atteindre la dureté la plus élevée à la surface sans formation de couche de combinaison.  Sa grande fragilité et sa morphologie spécifique (comme la porosité) sont des problèmes pour l’application du matériau.

Les paramètres de nitruration sont finalement définis en considérant une contrainte résiduelle de compression élevée à la surface et un faible effet sur la dureté au cœur du matériau. Des essais de résistance à l’usure sont ensuite définies et réalisées.

L’usure, en particulier l’adhérence, est significative sur l’échantillon M2 non nitruré. Les paramètres de nitruration sélectionnés améliorent efficacement la résistance à l’usure de l’acier M2.

Mots-clés : Nitruration gazeuse, Acier M2, Contraintes résiduelles, Dureté, Résistance à l'usure, Fatigue superficiel