Trempe par induction — application, processus physique, types et méthodes de trempe

Cet article se concentrera sur la trempe par induction - l'un des types de traitement thermique des métaux qui offre la possibilité de transformations de phase, c'est-à-dire la transformation de la perlite en austénite. Les pièces en acier, en raison du durcissement par induction, acquièrent des propriétés mécaniques plus élevées, car la qualité de l'acier augmente considérablement à la suite d'un tel traitement.

Ainsi, pour le traitement thermique des métaux, dans le but de leur durcissement superficiel, ils utilisent le chauffage par induction... La technologie vous permet de choisir différentes profondeurs de la couche durcie, de plus, le processus est facilement automatisé, c'est pourquoi cette méthode est considéré comme progressif. Il est possible de solidifier des pièces de formes différentes.

La trempe par induction de surface est de deux types : surface et masse-surface.

Durcissement superficiel avec chauffage superficiel, il en résulte que la pièce est chauffée à la température de durcissement jusqu'à la profondeur de la couche durcie, tandis que le noyau reste intact. Le temps de chauffe est de 1,5 à 20 secondes, la vitesse de chauffe est de 30 à 300°C par seconde.

Le durcissement volumique de la surface se caractérise par un échauffement d'une couche plus grande qu'une couche à structure martensitique, c'est un échauffement profond. L'acier est recuit à une profondeur inférieure à l'épaisseur de la couche chauffée, qui est déterminée par le durcissement de l'acier.

Dans les zones profondes plus profondes que la structure martensitique, qui sont chauffées à la température de solidification, des zones solidifiées à structure de sorbitol solidifié ou de troostite se forment. Le temps de durcissement augmente à 20-100 secondes, la vitesse de chauffage diminue à 2-10 ° C par seconde par rapport au durcissement en surface.

Les essieux, engrenages, croix, etc. pour charges lourdes sont soumis à un durcissement superficiel volumétrique. La principale différence entre le chauffage par induction et les autres méthodes de chauffage est le dégagement de chaleur directement dans le volume de la pièce.

Fondamentalement, le processus est le suivant. La partie durcie est placée dans l'inducteur, qui est alimenté en courant alternatif. Un champ magnétique variable induit une CEM des courants de Foucault se produisent dans la couche superficielle de la pièce, chauffant la pièce. Ces zones, qui sont affectées par un champ magnétique alternatif, sont chauffées à des températures élevées.

La vitesse de chauffage est élevée et il existe une option pour le chauffage local. La densité de courant est plus élevée à la surface de la pièce en raison de l'effet de surface, c'est pourquoi le chauffage n'est possible qu'à la profondeur requise. Le noyau chauffe légèrement.87% de la puissance transmise par les courants de Foucault de la pièce se trouve dans la profondeur de pénétration.

Étant donné que la profondeur de pénétration du courant est différente à différentes températures du métal, le processus se déroule en plusieurs étapes. Tout d'abord, la couche superficielle du métal froid est rapidement chauffée, puis la couche est chauffée plus profondément et la première couche n'est pas chauffée aussi rapidement, puis la troisième couche est chauffée.

Lors du processus de chauffage de chacune des couches, la vitesse de chauffage de chaque couche diminue avec la perte de propriétés magnétiques de la couche correspondante. C'est-à-dire que la chaleur se propage en raison des changements dans les propriétés magnétiques du métal d'une couche à l'autre. Il s'agit d'un chauffage actif par courant, il dure littéralement quelques secondes.

Le chauffage par induction, en fonction de la répartition de la température dans la section de la pièce, diffère du chauffage par conduction thermique.Dans la couche chauffée, la température est nettement plus élevée qu'au centre, il y a une forte baisse, car dans la partie centrale de la partie, les propriétés magnétiques ne sont toujours pas perdues tant que le courant actif extérieur n'a pas déjà surchauffé le métal. En modifiant la fréquence du courant et la durée de chauffage, la pièce est chauffée à la profondeur requise.

La conception de l'inducteur détermine généralement la qualité de solidification de la pièce. L'inducteur est constitué de tubes de cuivre à travers lesquels on fait passer de l'eau pour le refroidir. Une certaine distance, mesurée en unités de millimètres, est maintenue entre l'inducteur et la pièce, et la même de tous les côtés.

La trempe est effectuée de différentes manières, en fonction de la forme et de la taille de la pièce, ainsi que des exigences de trempe. Les petites pièces sont d'abord chauffées puis refroidies.Dans le refroidissement par douche, un milieu de refroidissement tel que de l'eau est alimenté à travers des trous dans l'inducteur. Si la pièce est longue, l'inducteur se déplace le long de celle-ci lors de la trempe et l'eau est acheminée par les trous de douche après son déplacement. Il s'agit d'une méthode de durcissement séquentiel continu.

En cuisson séquentielle continue, l'inducteur se déplace à une vitesse de 3 à 30 mm par seconde et des portions de la pièce tombent successivement dans son champ magnétique. De ce fait, la pièce est successivement, section par section, chauffée et refroidie. De cette manière, des pièces individuelles de la pièce peuvent également être trempées si nécessaire, par exemple des tourillons de vilebrequin ou les dents d'une grande roue dentée. Les outils d'automatisation vous permettent d'aligner la pièce uniformément et de déplacer l'inducteur avec une grande précision.

Selon la marque d'acier et la méthode de son prétraitement, les propriétés après durcissement sont différentes. Les modes de chauffage par induction, de refroidissement et de revenu bas affectent également les résultats.

Contrairement à la trempe conventionnelle, la trempe par induction rend l'acier 1-2 HRC plus dur, plus résistant, réduit moins la ténacité et augmente la limite d'endurance. Ceci est dû au broyage des grains d'austénite.

Une vitesse de chauffage élevée conduit à une augmentation des centres de transformation perlite-austénite. Le grain d'austénite initial s'avère être petit, la croissance ne se produit pas en raison de la vitesse de chauffage élevée et du manque d'exposition.

Les cristaux de martensite sont plus petits. Le grain d'austénite est de 12-15 points. Lors de l'utilisation d'aciers ayant peu tendance à développer des grains austénitiques, on obtient un grain fin.Des pièces avec une structure initiale légèrement dispersée sont obtenues grâce à une meilleure qualité.

Du fait de la répartition des contraintes résiduelles, la limite d'endurance augmente. Des contraintes résiduelles de compression sont présentes dans la couche durcie, tandis que des contraintes de traction sont présentes à l'extérieur de celle-ci. Les ruptures de fatigue sont liées aux contraintes de traction. Les contraintes de compression vont affaiblir les efforts de traction destructeurs sous l'action des forces extérieures lors du fonctionnement de la pièce. C'est pourquoi la limite d'endurance augmente suite à la trempe par induction.

L'importance décisive dans la trempe par induction sont : la vitesse de chauffage, la vitesse de refroidissement, le mode de durcissement à basse température.