Influence de la nitruration gazeuse sur la tenue en fatigue flexion des composants nitrurés en acier 42CrMo4

Influence of gas nitriding on the fatigue bending strength of the 42CrMo4 steel

Laboratoire de Mécanique, Matériaux et Procédés (LMMP) ESSTT, 5 Av. Taha Hussein, 1008 Tunis, Tunisie
e-mail : mohamedali_terres@yahoo.fr

Reçu : 24 Décembre 2009
Accepté : 3 Février 2010

Résumé

L’amélioration de la tenue en fatigue et de la sensibilité à la surcharge de l’acier 42CrMo4 par les traitements de nitruration est contrôlée par l’intégrité de la couche nitrurée. Celle-ci est limitée par une déformation admissible dépendant des conditions nitruration. La nitruration gazeuse confère à cette nuance une couche de combinaison (10 μm) fragile constituée de mélange, dans des proportions égales, de phases γ’ et ε et une couche de diffusion (310 μm) de dureté relativement élevée (1100 HV_0,05) avec une distribution de contraintes résiduelles de compression (–700 MPa) en surface. La déformation admissible (ε_a) par cette couche est évaluée à 1,2 % et le taux d’amélioration de la tenue en fatigue, déterminé expérimentalement, est limité à 20 %. La sensibilité à la surcharge de cette couche est très importante par suite de son intégrité relativement limitée. Le critère de fatigue polycyclique de CROSSLAND intégrant les effets de durcissement superficiel et de contraintes résiduelles stabilisées constitue un outil de prédiction satisfaisant de la tenue en fatigue des couches nitrurées.

Abstract

Fatigue behaviour of gas nitrided steel. The role of the compound layer to resistance fatigue fracture of a 42CrMo4 steel was established through the study of the relation between the micro-structure and tensile and fatigue properties of the gaseous nitriding layer in comparison with the basic material. Results show a clear dependence of the fatigue life on the fracture resistance of the nitrided layer. This resistance was seen to depend on the hardening and the stress (applied and residual) and the states, which change with the cyclic loading. It results in, 20% fatigue limit improvement in the high cycle fatigue domain. The high over-load sensitivity of the compound-layer constitutes a serious limitation of the nitriding treatment in the low cycle fatigue domain.