FR2994195A1 - Procede d'enrichissement thermochimique comprenant un affinage structural de l'acier - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement thermochimique de pièces mécaniques en acier comprenant une étape (A) d'enrichissement thermochimique de l'acier en carbone ou en carbone et en azote conduite à une température au moins égale à la température d'austénisation de l'acier suivie d'une étape (C) d'affinage structural et d'une trempe (D). La présence d'une étape d'affinage provoque une réduction de la taille des grains et permet de mener l'étape d'enrichissement à plus de 1000°C.

Description

PROCEDE D'ENRICHISSEMENT THERMOCHIMIQUE COMPRENANT UN AFFINAGE STRUCTURAL DE L'ACIER L'invention concerne les procédés de traitement de pièces mécaniques en acier. Plus particulièrement, elle concerne les procédés d'enrichissement thermochimique par diffusion tels que des procédés de cémentation ou de carbonitruration. Ces procédés permettent d'enrichir en carbone ou en carbone et azote, de manière surfacique, l'acier des pièces mécaniques pour en améliorer la dureté et la tenue à la fatigue. L'invention a également trait aux installations pour la mise en oeuvre de ces procédés et aux pièces mécaniques ainsi obtenues. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile pour le renforcement de pièces mécaniques telles que des pièces composant les boîtes de vitesse, qui sont en effet soumises lors de leur fonctionnement à des frottements très importants.

Les procédés de cémentation consistent à enrichir en carbone la zone superficielle de pièces en acier à bas carbone (contenant initialement de 0,1% à 0,3 % de carbone en masse), puis à les tremper de manière à obtenir en surface une couche martensitique dure, résistante à l'usure, et un coeur moins dur et donc plus ductile susceptible d'absorber les chocs. Par exemple, il est intéressant d'obtenir une structure martensitique en surface et une structure bainitique à coeur. Dans les procédés de carbonitruration, on ajoute à l'atmosphère de cémentation une quantité d'ammoniac, généralement inférieure à 5% du volume. A la température du traitement, l'ammoniac se décompose en azote et hydrogène. Une partie de l'azote pénètre dans les mailles du réseau cristallin de l'acier et induit une augmentation de la trempabilité de l'acier. Par ailleurs, l'introduction d'azote améliore la vitesse de diffusion du carbone dans l'acier si bien que la mise en oeuvre d'un traitement de carbonitruration permet de réduire légèrement le temps de traitement.

La trempe effectuée dans le cadre des procédés de cémentation ou de carbonitruration est généralement une trempe à l'huile ou au gaz. Les procédés de cémentation ou de carbonitruration peuvent être menés à pression atmosphérique ou à basse pression. Pour les procédés à basse pression (ou à pression réduite), l'enceinte du four contenant les pièces à traiter est maintenue à une pression légèrement inférieure à quelques centaines de pascals. Les procédés de cémentation ou de carbonitruration peuvent également être ioniques ou conduits dans un bain de sels. Le document EP1885904 décrit un exemple de procédé de carbonitruration gazeux du type « basse pression », selon lequel les étapes d'injection de gaz de cémentation et de nitruration sont alternées de manière à les séparer et à obtenir ainsi un profil précis et reproductible de concentration d'azote et de carbone sur les pièces traitées. L'étape d'enrichissement est classiquement menée à une température supérieure à la température Ac3 de début de transformation austénitique, en l'espèce elle est menée à une température comprise entre 800°C et 1050°C, et par exemple à 880°C ou à 930°C. Durant les étapes d'enrichissement thermochimique l'acier est porté à une température supérieure à la température Ac3 de début de transformation austénitique. Plus la température est élevée, plus la vitesse de diffusion du carbone et de l'azote dans l'acier est importante. Malheureusement, plus la température dans le domaine austénitique est élevée plus la vitesse de grossissement de grain est importante. En effet, le grain austénitique germe et grossit en fonction du temps et de la température, mais la température est un facteur plus critique que le temps. Or une taille de grain importante nuit à la tenue mécanique des pièces, alors que les grains fins sont favorables à l'obtention de bonnes caractéristiques mécaniques comme la résistance, la ductilité ou encore la résistance à la rupture fragile. C'est pourquoi, les traitements connus de cémentation et de carbonitruration sont généralement à la recherche d'un compromis entre la température, le temps de traitement et la taille de grain austénitique.

Dans les applications de pignonnerie, ces traitements thermochimiques sont classiquement réalisés à une température comprise entre 870°C et 940°C et permettent d'obtenir des grains fins de taille 7 à 9 selon la norme française NF EN ISO 643 (équivalente à la norme ASTM E112-63). Par exemple, un traitement de cémentation basse pression peut être réalisé à 900°C pendant 3 heures avec l'obtention au final d'une taille de grain 9 (soit un diamètre moyen de 16 ptm selon la norme NF EN ISO 643). Il serait intéressant de pouvoir obtenir des aciers présentant des grains très fins (de taille 10 à 12) ou ultra fins (de taille 13 à 15) pour améliorer encore les caractéristiques mécaniques des pièces, tout en conservant une bonne profondeur de diffusion du carbone ou du carbone et de l'azote dans l'acier (ou profondeur de trempe). Par ailleurs, le maintien d'une charge de pièce en four durant 3 heures à 900°C présente un certain coût qu'il serait bon de pouvoir réduire. L'invention a pour objectif d'apporter une solution aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet l'invention a pour objectif de proposer un nouveau procédé permettant, à une profondeur de trempe donnée, de diminuer le temps de traitement d'enrichissement thermochimique tout en conservant une même taille de grain, et de préférence en obtenant une taille de grain plus fine. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement thermochimique de pièces mécaniques en acier comprenant une étape d'enrichissement thermochimique de l'acier en carbone ou en carbone et en azote conduite à une température au moins égale à la température d'austénisation de l'acier, remarquable en ce que l'étape d'enrichissement thermochimique est suivie d'une étape d'affinage structural et d'une trempe. Selon des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'étape d'enrichissement thermochimique est une étape de cémentation enrichissant l'acier en carbone ou une étape de carbonitruration enrichissant l'acier en carbone et en azote. - l'étape d'enrichissement thermochimique est un traitement par bain de sels, gazeux, ou ionique. - l'étape d'enrichissement thermochimique est un traitement gazeux mené à basse pression ou à pression atmosphérique. - l'étape d'enrichissement thermochimique est dite à basse pression en ce qu'elle est menée dans une enceinte étanche montrant une pression de quelques centaines de pascals. - l'étape d'enrichissement thermochimique est dite à pression atmosphérique en ce qu'elle est menée dans une enceinte étanche maintenue à une pression proche de la pression atmosphérique. - l'étape d'enrichissement thermochimique est effectuée à une température comprise entre 1000°C et 1200° C, et de préférence à une température de 1100°C. - l'étape d'enrichissement thermochimique est menée à une température supérieure à 1000°C, de préférence supérieure à 1050°C, et de préférence au moins égale à 1100°C. - l'étape d'enrichissement thermochimique est suivie d'une étape de refroidissement des pièces jusqu'à une température inférieure ou égale à la température Aci-50°C. - l'étape d'enrichissement thermochimique (incluant la phase de montée en température, la phase d'homogénéisation et le ou les cycles de diffusion) est conduite pendant une durée d'inférieure ou égale à une heure et demie, de préférence inférieure ou égale à une heure. - l'étape d'affinage structural est effectuée en four et comprend : a) une montée en température à une température au moins égale à Ac3+50°C lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface inférieure à 0,77 % en masse totale, ou au moins égale à AcM+50°C lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface supérieure à 0,77 % en masse totale; et b) un maintien à cette température d'au moins 30 minutes. - l'étape d'affinage structural est un traitement séquentiel par induction comportant au moins un cycle d'affinage comprenant : a) une montée en température rapide à une température au moins égale à Ac3+50°C lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface inférieure à 0,77 % en masse totale, ou au moins égale à AcM+50°C lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface supérieure à 0,77 % en masse totale; b) un maintien court à cette température d'au moins une seconde ; et c) un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à Aci- 50°C. - dans l'étape d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction, le refroidissement jusqu'à une température inférieure égale à Aci-50°C est naturel, gazeux ou liquide. - dans l'étape d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction, le temps de maintien est compris entre 1 et 120 secondes. - dans l'étape d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction, les pièces subissent de 1 à 20 cycles d'affinage. - dans l'étape d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction, le dernier cycle d'affinage le refroidissement jusqu'à une température au plus égale à Aci- 50°C est remplacé par l'opération de trempe. - la trempe est effectuée à l'huile, au gaz ou éventuellement à l'eau additionnée de polymères. - lorsque l'étape d'affinage structural est effectuée par induction, l'étape de trempe finale est une étape de trempe par induction. - les étapes d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction et/ou de trempe par induction sont effectuées par induction haute ou moyenne fréquence. - les étapes d'affinage structural par traitement séquentiel d'induction et/ou de trempe par induction sont réalisées sur les pièces de manière individuelle, c'est- à-dire successivement sur chaque pièce d'un ensemble de pièces ayant été soumises conjointement à une même étape d'enrichissement thermochimique. - l'acier est un acier bas carbone de 0,1 % à 0,3 % en carbone, le pourcentage étant donné par rapport à la masse totale. - l'étape d'enrichissement thermochimique est conduite jusqu'à augmenter la teneur surfacique de l'acier jusqu'à 0,9 % en carbone, le pourcentage étant donné par rapport à la masse totale. - la trempe est éventuellement suivie d'une étape de revenu, de préférence entre 140 °C et 220 °C. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini plus haut.

L'invention a également pour objet une pièce mécanique remarquable en ce qu'elle a été obtenue par le procédé tel que défini ci-dessus et en ce qu'elle présente une structure martensitique en surface et un grain présentant un diamètre moyen inférieur ou égal à 11 ptm, de préférence inférieur ou égal à 4 ptm. En d'autres termes le grain présente une taille de grain de 10 ou plus, de préférence de 13 ou plus.

De préférence la pièce mécanique est une pièce de pignonnerie, par exemple un composant de boite de vitesse tel qu'un pignon d'un arbre primaire ou secondaire, un pignon baladeur, une couronne, etc. Comme on l'aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée, l'invention consiste selon un premier aspect à provoquer une réduction de la taille des grains sur un acier enrichi en carbone ou en carbone et azote. Pour ce faire l'invention combine une étape d'enrichissement thermochimique à une étape d'affinage structural de l'acier. L'affinage structural permet d'obtenir un grain plus fin que celui obtenu à l'issu d'un traitement thermochimique seul. Selon un second aspect, l'invention permet de réduire le temps de traitement thermochimique en augmentant la température de ce traitement. Le temps de traitement peut être réduit de moitié, voire être divisé par trois. L'invention permet de mettre en oeuvre un procédé d'enrichissement thermochimique très haute température, pouvant aller jusqu'à 1200°C sans pour autant compromettre les caractéristiques mécaniques des pièces obtenues au final. Le temps de traitement est réduit par l'augmentation de la température. L'affinage ultérieur de la taille de grain permet en effet de s'affranchir des contraintes de températures de l'art antérieur qui étaient entre autres liées à la nécessité de prévenir un grossissement trop important du grain austénitique.

Selon un troisième aspect, l'invention met en oeuvre de manière préférentielle un affinage structural par induction qui permet d'affiner le grain jusqu'à l'obtention d'une structure ultrafine montrant une taille de grain de 13 à 15 (c'est-à-dire montrant un diamètre moyen de 4 ptm à 2 pm). L'affinage de structure est obtenu par germination et croissance de l'austénite. La température maximale atteinte au cours de ce traitement est généralement limitée à un niveau supérieur à Acm ou à un niveau supérieur à Ac3 selon que l'étape d'enrichissement a été menée pour enrichir l'acier à plus ou moins de 0,77 % de carbone en surface. Comme illustré sur la figure 3, la finesse de la structure résulte de recristallisations intervenant successivement au cours du chauffage puis du refroidissement à partir de gemmes. On comprend que le passage de l'intervalle de transformation à l'échauffement se traduit par une germination qui affine le grain initial 31 en en multipliant le nombre. Une augmentation de la vitesse de chauffage, comme c'est le cas par un traitement par induction par rapport à un chauffage dans un four classique, accentue encore la multiplication des germes et accroît la finesse du grain d'austénite. Or justement un chauffage par induction permet une montée en température très rapide et peut atteindre jusqu'à 2000°C/s pour 1 °C/s pour un chauffage en four classique. Cette vitesse induit une multiplication des sites de germination 33 et accroît la finesse du grain d'austénite final 35. Selon un quatrième aspect de l'invention, le fait d'effectuer l'étape d'affinage structural par induction permet de mettre en oeuvre une trempe finale par induction. Par exemple, dans le dernier cycle d'affinage, le refroidissement est remplacé par l'opération de trempe. Lors de la trempe finale les pièces sont alors traitées individuellement, les unes à la suite des autres. Subissant des conditions de trempe similaires, les pièces vont se déformer de manière similaire. L'invention permet donc d'obtenir une déformation et une dureté homogène, reproductible, sur toutes les pièces de la charge.

On notera qu'il est connu du document US3642595 un procédé d'affinage en four de la taille de grain d'un acier. Néanmoins, ce procédé permet d'obtenir une taille de grain 7 selon la norme ASTM E112-63 soit un diamètre moyen d'environ 32 pm. La taille de grain est fine et correspond à celle obtenue par les procédés d'enrichissement thermochimiques selon l'art antérieur du fait du compromis classiquement réalisé entre la température et le temps de maintien en phase austénitique. De même, il est connu du document JP2004-143558 un procédé d'affinage séquentiel de grain par induction réalisé sur une partie soudée dans le but d'augmenter les caractéristiques mécaniques et notamment la tenue à la fatigue. Néanmoins ce document ne discute pas la problématique liée aux traitements d'enrichissement thermochimique. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit donnée en référence aux figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon une variante préférée de l'invention ; - La figure 2 est une courbe illustrant le cycle thermique du procédé selon l'invention ; - La figure 3 illustre le phénomène d'affinage des grains par germination multiplication des germes ; - Les figures 4a à 4c illustrent les résultats en terme d'affinage de la taille du grain obtenus par l'invention. On se référera en premier lieu à la figure 1 représentant schématiquement une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et à la figure 2 illustrant le cycle thermique du procédé.

Première phase : enrichissement thermochimique par cémentation ou carbonitruration Dans notre exemple, le procédé met en oeuvre une étape A de carbonitruration « basse pression ». L'installation 1 comprend un four 3 de carbonitruration à basse pression. Le four 3 présente une enceinte étanche 5 délimitant une enceinte interne 7 dans laquelle est disposée une charge 9 à traiter. Dans notre exemple, la charge 9 est constituée par une pluralité de couronnes disposées sur un ou des supports appropriés. L'acier constituant les pièces est un acier bas carbone par exemple une nuance 27MnCr5 ou 23MnCrMo5 ou 27CrMo4 comprenant de 0,2 à 0,3 % de carbone (le pourcentage est donné par rapport au masse totale) ou encore une nuance 16NiCrMo13 comprenant de 0,1 à 0,2 % de carbone. Une pression de l'ordre de quelques centaines de pascals est maintenue dans l'enceinte interne 7 grâce à une canalisation d'extraction 11 reliée à un extracteur 13. Un injecteur 15, montrant généralement une pluralité de buses, permet d'introduire des gaz dans l'enceinte interne 7. L'installation comprend à cet effet des moyens 17 d'approvisionnement en gaz contrôlés par des vannes 19. L'actionnement des différentes vannes 19 va permettre l'injection dans l'enceinte interne 7 des différents gaz de cémentation et de nitruration via l'injecteur 15. Des moyens de chauffage 21 permettent d'élever et de maintenir dans l'enceinte interne 7 la température aux valeurs de mise en oeuvre du procédé. L'étape de carbonitruration se déroule comme suit. La charge 9 est introduite dans l'enceinte interne du four de carbonitruration. La température dans l'enceinte interne est élevée jusqu'à un palier de température compris entre environ 800°C et 1200°C. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention la température est élevée jusqu'à un palier supérieur à 1000°C et de préférence de 1100°C (phase I sur la figure 2). La température est maintenue dans une étape d'homogénéisation de la température des pièces. Les étapes d'élévation de la température et d'homogénéisation de la température des pièces sont réalisées en présence d'un gaz neutre, par exemple de l'azote (N2), auquel est éventuellement ajouté un gaz réducteur, par exemple de l'hydrogène (H2). Le gaz réducteur peut être ajouté dans une proportion de 1 à 5 % en volume du gaz neutre. Le procédé se poursuit de manière classique par une alternance d'étapes d'enrichissement en carbone, pendant lesquelles le gaz de cémentation est injecté dans l'enceinte interne, et d'étapes de diffusion pendant lesquelles le gaz de cémentation n'est plus injecté dans l'enceinte. Le gaz de cémentation peut être de l'acétylène ou tout autre hydrocarbure susceptible de se dissocier aux températures de l'enceinte pour cémenter les pièces à traiter. Une série d'étapes d'injection et de diffusion des gaz de nitruration, par exemple de l'ammoniac (NH3) est réalisée à la suite de l'étape de cémentation ou de manière superposée. L'étape d'enrichissement est conduite de manière à augmenter la teneur surfacique en carbone de la pièce jusqu'à une teneur supérieure à 0,4% de carbone exprimé en pourcentage par rapport à la masse, par exemple jusqu'à une teneur de 0,9% de carbone. Préférentiellement, l'étape de carbonitruration est conduite pendant une durée d'une heure (phases I + Il sur la figure 2). Le cycle de carbonitruration est clos par une étape B de refroidissement de la charge 9 (phase III sur la figure 2). Le refroidissement est forcé ou naturel. De manière 10 avantageuse, le four 3 comprend des moyens 23 de soufflage. Les pièces sont refroidies totalement ou jusqu'à une température inférieure ou égale à Ac,- 50°C. On notera qu'à ce stade les pièces mécaniques ne présentent pas encore ni la structure cristallographique, ni la dureté recherchée, ces caractéristiques étant obtenues par la suite lors de l'opération de trempe finale. 15 Deuxième phase : Affinage structural et trempe finale Selon une première variante de l'invention (non représentée), l'étape d'affinage structural peut être menée dans le même four ou dans un four différent. Lorsqu'elle est menée dans un four différent, les pièces peuvent être alors refroidies jusqu'à température ambiante et de préférence sous atmosphère neutre afin d'éviter 20 l'oxydation. Elle est avantageusement menée dans le même four afin de rester sous atmosphère contrôlée et éviter les problèmes d'oxydation en surface des pièces. Lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface supérieure à 0,77 % (c'est-à-dire lorsque l'acier en surface est hypereutectoïde), le procédé d'affinage comprend une montée en 25 température à une température au moins égale à AcM+50°C, un maintien à cette température d'au moins 30 minutes et un refroidissement jusqu'à une température au plus égale à Ac,-50°C et une trempe, par exemple une trempe à l'huile. La trempe est conduite de manière à pouvoir obtenir une structure martensitique en surface et de préférence une structure bainitique à coeur.

On note que lorsque l'étape d'enrichissement est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en en surface inférieure à 0,77 % (c'est-à-dire lorsque l'acier en surface est hypoeutectoïde), la montée en température se fait jusqu'à une température au moins égale à Ac3+50°C.

Il est ainsi possible d'obtenir des grains fins d'une taille 7 à 9 (c'est-à-dire de 16 à 32 pim de diamètre moyen). L'invention permet donc de diminuer le temps d'enrichissement thermochimique sans altérer les caractéristiques mécaniques des pièces au final en compensant la taille des grains trop importante obtenue du fait d'un traitement d'enrichissement à très haute température par une étape d'affinage.

Selon une deuxième variante qui est la variante préférée de l'invention, l'étape C d'affinage structural est effectuée par induction (phase IV sur la figure 2). Une fois refroidies les pièces sont placées sur des supports adaptés pour être traitées par induction ou restent sur le même support si celui-ci est compatible. Les pièces mécaniques vont de manière individuelle, à la suite les unes des autres, être entourées par un inducteur 25 à moyenne ou haute fréquence. L'inducteur comprenant des moyens 27 de réglage de sa fréquence. Le courant induit dans les pièces mécaniques génère rapidement un effet de chauffe à la périphérie desdites pièces. Les pièces sont soumises à au moins un cycle d'affinage comprenant une montée en température rapide à une température au moins égale à Ac3+50°C (pour un acier enrichi comprenant en surface moins de 0,77 % de carbone) et au moins égale à AcM+50°C (pour un acier enrichi comprenant en surface plus de 0,77 % de carbone), un maintien court à cette température d'au moins une seconde et un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à Aci-50°C. Le refroidissement peut être naturel ou forcé (par gaz ou par liquide). Par exemple, il se fait par les moyens de soufflage 23. Le temps de maintien est d'au moins une seconde, et peut être de 1 à 120 secondes. Les pièces sont soumises à au moins un cycle d'affinage, de préférence, les pièces subissent de 1 à 20 cycles d'affinage. Le dernier cycle d'affinage se clôt par une trempe D (phase V sur la figure 2) en lieu et place du refroidissement. La trempe se fait par exemple par immersion dans un bain 29, par huile, par une aspersion avec un mélange eau/polymère ou par un mélange gazeux. La trempe est conduite de manière à pouvoir obtenir une structure martensitique en surface et de préférence une structure bainitique à coeur. On obtient à l'issu de ce procédé des pièces en acier présentant une taille de grain ultra-fine de type 13 à 15, c'est-à-dire avec un diamètre moyen compris entre 4 ptm et 2 pm. Il est aussi possible de conduire le procédé pour obtenir des pièces en acier avec une taille de grain très fine de type 10 à 12 seulement. Les figures 4a à 4c illustrent les résultats concernant selon les différentes variantes de l'invention. La figure 4a montre qu'un traitement thermochimique sans affinage structural mené à 1100°C pendant une heure engendre une taille de grain d'acier importante, de l'ordre de 6 (soit un diamètre moyen de 45 pm). Par comparaison on rappelle qu'une taille de grain de 9 (soit un diamètre moyen de 16 pim) est classiquement obtenue pour un traitement thermochimique classique mené à 900°C pendant 3 heures. L'affinage structural subséquent mené en four classique (figure 4b) permet d'affiner le grain jusqu'à obtenir une taille de grain de 10 (soit un diamètre moyen de 11 pm). Lorsque l'affinage structural subséquent est un affinage séquentiel par induction, la taille de grain obtenue (figure 4c) est de 13 (soit un diamètre moyen de 4 pm). Il est éventuellement possible, dans le cadre de l'invention d'effectuer ensuite un revenu sur les pièces traitées. Ce traitement de revenu peut être effectué par induction à basse fréquence selon des conditions classiques de mise en oeuvre qui sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus avant dans le présent mémoire. On spécifie néanmoins que la température de revenu préférentielle est comprise entre 100 °C et 650 °C.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement thermochimique de pièces mécaniques en acier comprenant une étape (A) d'enrichissement thermochimique de l'acier en carbone ou en carbone et à l'azote conduite à une température au moins égale à la température d'austénisation de l'acier, caractérisé en ce que l'étape (A) d'enrichissement thermochimique est suivie d'une étape (C) d'affinage structural et d'une trempe (D).
2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape (A) d'enrichissement thermochimique est effectuée à une température comprise entre 1000°C et 1200° C, et de préférence à une température de 1100°C.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'étape (A) d'enrichissement thermochimique est suivie d'une étape (B) de refroidissement des pièces jusqu'à une température inférieure ou égale à la température Ac,-50°C.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'étape d'affinage structural (C) est effectuée en four et comprend : a) une montée en température à une température au moins égale à Ac3+50°C lorsque l'étape d'enrichissement (A) est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface inférieure à 0,77 % en masse totale, ou au moins égale à AcM+50°C lorsque l'étape d'enrichissement (A) est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en surface supérieure à 0,77 % en masse totale; et b) un maintien à cette température d'au moins 30 minutes.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'étape (C) d'affinage structural est un traitement séquentiel par induction comportant au moins un cycle d'affinage comprenant : a) une montée en température rapide à une température au moins égale à Ac3+50°C lorsque l'étape d'enrichissement (A) est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en en surface inférieure à 0,77 % en masse totale, ou au moins égale à AcM+50°C lorsque l'étape d'enrichissement (A) est conduite de manière à obtenir une concentration en carbone de l'acier en en surface supérieure à 0,77 % en masse totale; b) un maintien court à cette température d'au moins une seconde ; et c) un refroidissement jusqu'à une température au plus égale à Aci-50 °C.
6. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'étape d'affinage structural comprend au moins une des caractéristiques suivantes : le refroidissement jusqu'à une température au plus égale à Aci-50°C est naturel, gazeux ou liquide ; le temps de maintien est compris entre 1 et 120 secondes ; les pièces subissent de 1 à 20 cycles d'affinage.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que dans le dernier cycle d'affinage de l'étape (C) d'affinage structural, le refroidissement jusqu'à une température au plus égale à Ac,-50°C est remplacé par l'opération de trempe (D).
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'acier est un acier bas carbone de 0,1% à 0,3 % en carbone, le pourcentage étant donné par rapport à la masse totale.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que l'étape (A) d'enrichissement thermochimique est conduite jusqu'à augmenter la teneursurfacique de l'acier jusqu'à 0,9% en carbone, le pourcentage étant donné par rapport à la masse totale.
10. 10. Pièce mécanique caractérisé en ce qu'elle a été obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 9 et en ce qu'elle présente une structure martensitique en surface et une taille de grain de 10 ou plus, de préférence de 13 ou plus.