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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article en partie publié en 2011 dans la revue Traitements et matériaux (n° 413) est reproduit ici avec l’aimable autorisation de Pyc Editions.
RÉSUMÉ
Cet article a pour objectif de rappeler les mécanismes mis en jeu, à l’origine de ces contraintes résiduelles pendant le phénomène de durcissement martensitique au cours d’un chauffage par induction suivi d’une trempe. Après quelques rappels liés au chauffage par induction, le protocole expérimental qui a permis d’aboutir aux résultats présentés sera décrit. La description du concept de «trempabilité mécanique» et de l’effet « thermo-cinétique» permettra de comprendre l’apport primordial de la vitesse de refroidissement sur les contraintes résiduelles. La compréhension de la genèse des contraintes résiduelles est nécessaire pour estimer la sensibilité d’un acier face aux tapures de trempe.
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-
Alexandre FLEURENTIN : Expert judiciaire près la cour d’appel de Paris. - METALLO CORNER, Paris, France
INTRODUCTION
Au même titre que les traitements thermochimiques, le chauffage superficiel par induction suivi d’une trempe permet de générer un champ de contraintes résiduelles de compression qui permettra entre autre d’améliorer la tenue en fatigue du produit traité.
S’intéresser aux contraintes résiduelles en chauffage superficiel c’est aussi avoir une meilleure compréhension des phénomènes de tapure ainsi que des indications associées aux déformations occasionnées par le traitement thermique.
En s’appuyant sur plusieurs études scientifiques, l’objectif de cet article est de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la genèse des contraintes résiduelles pendant la trempe martensitique qui suit un chauffage superficiel par induction.
Après quelques rappels liés au chauffage par induction qui permettront de décrire le protocole expérimental qui a permis d’aboutir aux résultats qui vont vous être présentés, la seconde section sera dédiée à la compréhension de la genèse des contraintes résiduelles dans le cas qui nous concerne. Elle permettra de revenir sur différents concepts propres aux contraintes résiduelles : la trempabilité mécanique et l’approche thermo-cinétique associée aux gradients thermiques et gradients de transformation à l’origine de la genèse des contraintes résiduelles en induction.
Nous aborderons ensuite l'impact du pourcentage de carbone au niveau des résultats de diffraction des rayons X lors de l’estimation des contraintes résiduelles par la méthode du Ψ2.
Points clés
Domaine : Chauffage superficiel par induction
Degré de diffusion de la technologie : Maturité
Technologies impliquées : Chauffage superficiel par induction
Domaines d’application : Automobile
Contact : [email protected] / http://www.metallocorner.fr
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2. Compréhension de la genèse des contraintes résiduelles en induction
2.1 Effet de la teneur en C et plus généralement de la composition chimique
Le choix des six aciers associés pour l’occasion à une nuance complémentaire (C22E) nous permet de balayer une plage de teneur comprise entre 0,22 et 0,6 % et une valeur de Ms (paramètre de trempabilité) comprise entre 255 °C et 430 °C.
Les résultats du tableau 1 nous montre que les contraintes résiduelles estimées par DRX sont très proches d’une nuance à l’autre, et cela malgré les écarts de composition chimique et de dureté.
Par conséquent, la teneur en C, la dureté de surface et les éléments d’addition ne semblent pas avoir, à première vue, une influence sur la valeur des contraintes résiduelles de compression obtenue entre 650 et 750 MPa.
À partir de ce constat, on peut donc en déduire que le degré de distorsion de la maille martensitique, directement impacté par la teneur en carbone en solution solide dans la martensite, ne semble pas influer sur la valeur des contraintes résiduelles en induction.
Ce résultat est en phase avec les contraintes résiduelles de compression mesurée (souvent < 200 MPa) sur des pièces cémentées à 0,8 % de carbone puis trempées dans l’huile. Cela nous oblige à regarder l’impact du fluide de trempe.
On peut également souligner qu’un C22E chauffé par induction à 1 050 °C pendant 1 ou 2 s n’est pas correctement austénitisé et pourtant on obtient une valeur de − 768 MPa. Cette valeur élevée ne semble donc pas également conditionner à l’obtention d’une structure 100 % martensitique homogène.
HAUT DE PAGE2.2 De la drasticité du fluide de trempe au concept de la trempabilité mécanique
Nous avons donc chauffé plusieurs aciers (entre autre le 46SiCrMo6) avec les mêmes paramètres inductifs tout en prenant le soin de faire varier la drasticité du fluide de trempe en ajoutant ou pas 13 % de polymère dans l’eau.
Les profils de dureté obtenus sont identiques quel que soit le fluide sélectionné (cf. figure 6) puisque la structure...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - REBOUX (J.) - Aspect électrique de la trempe superficielle du chauffage par induction. - Revue Traitement thermique, n° 322.
-
(2) - FLEURENTIN (A.) - Paramètres influents sur les tapures de trempe. - Revue Traitement thermique, n° 384 (2007).
-
(3) - FLEURENTIN (A.), LEFEBVRE (F.) - Compréhension des mécanismes de fissuration pendant la trempe après chauffage superficiel (1re et 2e partie). - Revue Traitements et Matériaux, n° 400 (2010).
-
(4) - FLEURENTIN (A.), LEFEBVRE (F.) - Maîtrise des contraintes résiduelles de compression et de traction à la suite d’un durcissement superficiel après chauffage par induction. - Revue Traitements et Matériaux, n° 413 (2011).
-
(5) - DUCOS (M.), FLEURENTIN (A.) - Contraintes résiduelles et traitements mécaniques. - Revue Traitements et Matériaux, n° 411 (2011).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Salon SVTM du vide et des traitements des matériaux, a lieu tous les ans en France :
http://www.a3ts.org et www.svtm.eu
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
A3TS – Association de traitement thermique et de traitement de surface :
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