Le compromis entre propriétés de fabrication et dureté signifie que des alliages comme l’EN 1.4404 nécessitent souvent des traitements de surface comme SuperExpanite®. Cependant, dans certains cas, les procédés impliquant des températures supérieures à la température de détente (comme ExpaniteHigh-T) ne peuvent pas être utilisés librement en raison du risque de perte de tolérances élevées à la déformation ou de l’écrouissage, crucial pour les performances mécaniques des composants. ExpanitePureLow-T vise à offrir les mêmes performances d’usure que SuperExpanite, sans recuit de la microstructure, et ce de manière remarquable.

La géométrie d’essai de la méthode standard ASTM G133 pour l’usure par glissement linéaire à bille se compose d’une bille ou d’une pointe semi-circulaire en alliage 100Cr6 d’une dureté supérieure à 800 HV. La pièce plate traitée est placée dans un montage et la bille glisse contre elle de manière oscillante à une fréquence de 5 Hz.

Les paramètres d’essai sont une amplitude de 10 mm et une longueur totale de 100 m. La force entre les pièces est constante tout au long de l’essai à 25 N. La trace d’usure résultante, appelée trace d’usure, est ensuite mesurée à l’aide d’un profilomètre et une section transversale est intégrée à partir du tracé. Dans ce rapport d’essai, trois essais distincts ont été réalisés sur un bloc en EN 1.4404 durci ExpanitePureLow-T, et les résultats sont comparés à ceux (présentés précédemment) d’un échantillon non traité du même alliage.

Utilisant la même technologie que l’étape ExpaniteLow-T de notre SuperExpanite, ExpanitePureLow-T augmente la dureté superficielle de l’alliage austénitique EN 1.4404. La conversion thermochimique de la surface crée une couche d’austénite expansée d’une dureté superficielle supérieure à 900 HV. Cette augmentation de dureté est obtenue par diffusion de grandes quantités d’azote et de carbone dans les interstices (notamment les trous octaédriques du réseau FCC). L’épaisseur de la zone de diffusion obtenue est de 20 µm ± 5 µm. En raison de l’absence d’étape de recuit, la dureté superficielle et la profondeur de cémentation obtenues sont étroitement liées à la microstructure initiale et à l’historique de fabrication.

La microstructure de l’échantillon traité dans la zone de surface, montrant la couche de diffusion, est présentée dans la Figure 2. Un profil de dureté mesuré sur l’échantillon d’essai utilisé dans cet essai est présenté dans le graphique de la Figure 3. Pour minimiser l’influence de la couche de dommages sous-cutanés, une zone de quelques micromètres d’épaisseur affectée par les opérations d’usinage, une étape d’électropolissage est réalisée comme pré-processus nécessaire.

Les trois traces d’usure ont été mesurées à l’aide d’un profilomètre, et la section transversale de la piste a été mesurée à l’aide d’un script Python. Les profils mesurés présentaient une longueur d’origine de 1,5mm et étaient nivelés en fonction de la hauteur moyenne dans des plages spécifiées non nulles aux deux extrémités du profil.

La surface mesurée est multipliée par l’amplitude d’essai et normalisée par les paramètres d’essai afin d’obtenir un taux d’usure. Le tableau 1 présente un résumé des taux d’usure calculés pour les blocs EN 1.4404 traités et non traités avec ExpanitePureLow-T La piste d’usure numéro 2, présentant le taux d’usure le plus élevé, a été utilisée pour obtenir des informations sur la profondeur de la trace d’usure. Le profil mesuré à partir de cette trace est présenté dans le graphique de la figure 3. Les données présentées ont été filtrées avec un filtre gaussien à une longueur de coupure de 0,08 mm, à l’aide d’un script Python. Le profil d’un échantillon non traité est également présenté à titre de comparaison avec une longueur de coupure de 0,25 mm. La profondeur de la trace, soit 2 µm, a été mesurée du point le plus élevé des bords de la trace au point le plus bas des données filtrées.

Avec des taux d’usure aussi faibles, comme le montre le tableau ci-dessus pour l’échantillon traité, la mesure des traces n’est pas aisée. La photographie d’ensemble des trois traces d’usure est présentée à la figure 4. En les observant sous fort grossissement (figure 5), les lignes de meulage d’origine sont encore visibles sur les trois traces. Cela signifie que leur profondeur se situe dans la finition de surface d’origine du bloc. La réduction du taux d’usure, calculée en proportion des taux d’usure moyens, est de plus de 592 fois.

L’analyse des résultats de la profondeur des traces d’usure mesurée et leur comparaison avec la profondeur de diffusion globale obtenue avec le traitement permettent de conclure qu’une telle faible quantité de matière enlevée n’est pas préjudiciable au matériau. La différence de profondeur de la trace entre les échantillons traités et non traités a été estimée à environ 95 fois.