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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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3. Relation entre micro et macrocontraintes résiduelles
3.1 Rappel : effet du carbone sur le réseau cristallin à l’état trempé
Le but de l’opération d’une austénitisation est de mettre en solution les éléments de la composition chimique de l’acier avant la trempe. Nous savons que la limite de solubilité du carbone dans l’austénite est bien supérieure à celle dans le réseau cubique centré de la ferrite. Plus le réseau cubique, face centrée est riche en carbone et en éléments d’addition et plus la phase austénitique est stable thermodynamiquement parlant. Ce phénomène se traduit par une augmentation du domaine de stabilité de l’austénite (voir diagrammes TRC et TTT). Après la trempe, on obtient une structure hors équilibre que l’on nomme la « martensite » dont le réseau est quadratique centré, caractérisé par sa base (a 2) et sa hauteur (c).
Nous savons également que le carbone est en solution solide d’insertion aussi bien dans le réseau CC, CFC ou QC. Plus la quantité de carbone mise en solution, dans les réseaux cités, est grande et plus la maille a un volume important (cf. figure 9).
Dans le cas de maille de la martensite, le côté a tendance à diminuer tandis que la hauteur (c) augmente de façon linéaire.
HAUT DE PAGE3.2 Rappel : la largeur du pic à mi-hauteur d’un pic de diffraction X
La position en 2θ d'un pic est imposée par la structure cristallographique. La surface nette du pic est imposée par la proportion de phase dans l'échantillon, l'absorption des rayons X par l'échantillon et l'orientation des cristallites.
Les pics de diffraction X peuvent être plus ou moins larges. On caractérise la largeur d'un pic par sa largeur à mi-hauteur H, c'est-à-dire la largeur du pic à mi-chemin entre la ligne de fond continue et le sommet du pic (cf. figure 10). On associe cette grandeur communément aux microcontraintes (contraintes à l’échelle du réseau), et plus particulièrement à la taille des cristallites. Mais est-on plutôt à l’échelle du grain ou de la maille ?
Dans la suite de ce chapitre, notre...
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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).
-
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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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