Exemples de réalisations industrielles avec chauffage par induction
Traitements thermiques superficiels des aciers

1 - Périmètre et spécificités

• 1.1 - Place dans la famille des traitements de surface
• 1.2 - Panorama des procédés de traitement thermique superficiel
  Figure 1 - Trempe générale instantanée d’une surface de révolution (d’après doc. Partiot) Figure 2 - Trempe au défilé ou de proche en proche (d’après doc. Partiot) Figure 3 - Schéma de principe d’une trempe statique ou au défilé Figure 4 - Relations entre temps d’interaction, puissance et profondeur (e ) austénitisable calculées (d’après ) Figure 5 - Abaques puissance surfacique moyenne délivrée – durée moyenne d’interaction – profondeur de durcissement sur une plaque en acier 42 Cr Mo 4 
• 1.3 - Poids industriel relatif des procédés envisagés
  Tableau 1
• 1.4 - Atouts et handicaps de ces procédés

2 - Potentialités de ces traitements en termes de tenue mécanique

• 2.1 - Amélioration de la résistance à la fatigue
  Figure 6 - Limite d’endurance et contraintes résiduelles en compression en fonction du rapport entre le diamètre de la zone non durcie dz et le diamètre global d t (d’après ) Figure 7 - Comparaison de limites de fatigue sur éprouvettes lisses de flexion rotative (d’après ) Figure 8 - Amélioration des caractéristiques mécaniques de vilebrequins par durcissement des congés (d’après ) Tableau 2
• 2.2 - Résistance aux sollicitations de surface
• 2.3 - Contribution des contraintes résiduelles en surface
  Figure 9 - Comparaison des durées de vie en fatigue de la zone en pied de dent d’engrenages automobiles en différentes nuances, traités suivant différents procédés (d’après ) Figure 10 - Comparaison des durées de vie en fatigue de surfaces de dents d’engrenages automobiles en différentes nuances, traitées suivant différents procédés (d’après ) Figure 11 - Distribution des contraintes résiduelles superficielles développées dans une crémaillère de direction en acier XC38 recuit ou en acier 37C4 trempé-revenu (d’après )
• 2.4 - Synthèse comparative
  Tableau 3

3 - Limitations thermiques et métallurgiques de ce type de traitement

• 3.1 - Limites imposées par la thermique du chauffage
  Figure 12 - Abaques de calcul du temps de chauffage et de la puissance surfacique nécessaire en fonction de l’épaisseur à durcir et de la température de surface tolérée pour une trempe superficielle par induction à 300 ; 100 ; 10 et 4 kHz
• 3.2 - Limitations imposées par la métallurgie
  Figure 13 - Graphique illustrant l’influence de la composition chimique (et donc de la trempabilité) pour un acier de type XC 48 chauffé par induction dans le cas d’une profondeur durcie importante  Figure 14 - Dureté de la martensite et dureté superficielle après trempe superficielle Figure 15 - Diagramme de transformation en chauffage continu d’un acier XC 48 (d’après ) Figure 16 - Évolution des points de transformation Ac1 et Ac3 avec la loi de chauffage dans le cas d’un acier XC 42 ferrito-perlitique  Figure 17 - Exemple d’effet de la vitesse de défilement (autres paramètres fixés) sur l’évolution des caractéristiques structurales au cours du traitement et sur la profondeur p 550 HV  Figure 18 - Graphiques illustrant l’influence de l’état structural initial de l’acier de base  Figure 19 - Adoucissement d’un acier XC 42 traité par induction lors d’un revenu à basse température  Figure 20 - Effet de revenus courts à différentes températures sur la dureté et la résilience d’éprouvettes Charpy U trempées  Figure 21 - Exemples de profils de durcissement par induction obtenus en grandes séries sur quelques types de pièces automobiles Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6
• 3.3 - Aide et limites des simulations numériques

4 - Matériels pour la mise en œuvre industrielle de ces traitements

• 4.1 - Sources d’énergie
• 4.2 - Machines de présentation des pièces et postes de travail
• 4.3 - Outils de chauffage
  Figure 22 - Machine « traversante » de trempe horizontale « single-shot » de barres de torsion 600 kW-10 kHz 500 pièces par heure Figure 23 - Machine de trempe par induction à plateau tournant pour bols de fusées (vue de dessus) Figure 24 - Exemples de géométries d’inducteurs adaptées à différents types de pièces  Figure 25 - Illustration de l’intérêt des concentrateurs de champ pour localiser des durcissements par induction
• 4.4 - Outils de trempe
• 4.5 - Matériels périphériques
• 4.6 - Moyens de contrôle. Assurance qualité

5 - Exemples de réalisations industrielles avec chauffage par induction

• 5.1 - Industrie automobile
  Figure 26 - Exemple de machines de traitement par induction de vilebrequins automobiles Figure 27 - Spécifications relatives aux épaisseurs durcies par induction sur face d’appui roulement (A), congé de raccordement (B) et cannelures (D), d’une fusée de roue automobile Tableau 7
• 5.2 - Autres secteurs industriels

6 - Axes de développement de ces procédés

• 6.1 - Durcissements de contour par induction des dentures
  Figure 28 - Techniques de durcissement par induction de denture 
• 6.2 - Contrôles en ligne des procédés
  Figure 29 - Contrôle par courants de Foucault de moyeux de roue après traitement par induction (d’après Dodge)
• 6.3 - Conception d’inducteurs assistée par simulation numérique
• 6.4 - Reprises de traitement localisées sur pièces difficiles
• 6.5 - Intégration industrielle de sources plus flexibles

7 - Conclusions