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Florence LE STRAT : Ingénieurs chez Renault SA - Docteurs ès sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les traitements thermiques superficiels des pièces en alliages ferreux sont destinés à améliorer leur résistance à la fatigue ou (et) à l’usure en durcissant les zones critiques superficielles par des apports thermiques suffisamment brefs et localisés pour confiner les effets structuraux. Les cycles thermiques associés visent soit un chauffage rapide localisé d’austénitisation en phase solide (typiquement quelques secondes au-delà de 800 oC) suivi de trempe naturelle ou forcée, soit une refusion superficielle suivie du refroidissement permettant l’évolution structurale désirée (par exemple : transformation de fonte grise en fonte blanche).
À côté de ces traitements par seul apport thermique, se développent aussi des traitements avec refusion superficielle en présence d’un matériau d’apport sous forme de prédépôt ou poudre projetée : simple enrichissement, recouvrement par un nouvel alliage, inoculation de particules dures ou réfractaires...
Nous n’aborderons dans le présent article que la famille de traitements sans matériau d’apport, en nous attachant essentiellement au durcissement en phase solide des aciers.
Dans ce dernier domaine, économiquement important pour les industries mécaniques, la plus large place revient au durcissement superficiel par trempe après chauffage par induction électromagnétique (source thermique sous-cutanée de courants induits haute fréquence).
L’essor de ce procédé est lié à ses avantages techniques et économiques :
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limitation économique (rendement) et modulable des apports énergétiques ;
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disponibilité (délai de mise en œuvre) et souplesse de la source ;
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cycles rapides et non polluants autorisant le traitement en chaîne de fabrication ;
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qualité des pièces traitées en ce qui concerne la reproductibilité du durcissement, les risques de déformations, la facilité de mise en compression naturelle des surfaces, la faible épaisseur affectée par l’oxydation de celles-ci.
Le développement plus particulier de ces traitements dans l’industrie automobile a accompagné la mise au point de générateurs et d’inducteurs adaptés aux fortes cadences, ainsi que de transferts automatisés permettant une gestion industrielle à flux tendu.
D’autres sources thermiques capables de puissances surfaciques importantes, telles que : lasers continus ou impulsionnels, faisceaux d’électrons, torches plasma, permettent des localisations énergétiques plus précises encore que l’induction et commencent à faire l’objet d’applications industrielles en durcissement superficiel. Malgré des coûts d’investissement descendus à des niveaux raisonnables, elles sont encore surtout retenues pour des traitements difficiles quant à l’accès et aux détails des zones à traiter.
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- Version archivée 1 de juil. 1981 par Kirsten AASE DIAMENT, René EL HAÏK
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4. Matériels pour la mise en œuvre industrielle de ces traitements
4.1 Sources d’énergie
Nous ne reviendrons pas sur les sources de type laser, faisceau d’électrons, torche plasma, largement décrites dans la référence [44], et nous détaillerons un peu le cas du traitement par induction.
Les sources, ou générateurs d’induction, alimentées à la fréquence du réseau, ont pour fonction de fournir à l’inducteur la fréquence et la puissance active désirées, avec des rampes initiales raides dans le cas de traitements flash.
La moyenne fréquence est moins sensible aux dispersions d’entrefer (puissance réactive d’entrefer proportionnelle à la fréquence), et s’adapte donc mieux aux contours géométriques difficiles. On a donc tendance à l’utiliser, même pour des faibles épaisseurs (1,5 mm), en travaillant à forte puissance et faible temps d’interaction.
On peut en distinguer quatre familles de générateurs :
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les convertisseurs à groupe rotatif (le type le plus ancien) : fréquence fixe, de 250 Hz à 10 kHz – puissance de 50 à 300 kW ;
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les onduleurs statiques à thyristors : fréquence de fonctionnement ajustable de 25 à 30 % de la fréquence nominale : 100 Hz à 50 kHz – puissance : jusqu’à 600 kW ;
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les générateurs à tubes : fréquence fixe de 10 à 400 kHz – puissance généralement inférieure à 100 kW, mais il existe maintenant des générateurs d’impulsions à lampes de plusieurs centaines de kW ;
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les générateurs à transistors : ils couvrent aujourd’hui pratiquement toute la gamme utile de fréquence (quelques kHz à 400 kHz) et de puissance (jusqu’à 1 200 kW) avec des rendements supérieurs à 90 % à puissance nominale ; ce type de générateur transistorisé (transistors de type MOSFET ou IGBT) remplace de plus en plus le générateur à triode, d’autant...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Flame Hardening. - Le durcissement à la flamme ASM Metals Handbook 9e éd., vol. 4 (Heat Treating) p. 484-506 (1992).
-
(2) - Procédés électriques dans les traitements et revêtements de surface, ch. 6 Traitements par transformation structurale. - p. 330-61, DOPEE 85, collection. Electra.
-
(3) - FRÜNGEL (F.) - Trempe par impulsions. - Journée d’étude ATTT/SFM du 6/3/79, Paris. Tiré à part commun rev. Trait. Therm. et Rev. de Métall., juin-juil. 1979.
-
(4) - HEUVELMAN (C.J.), KÖNIG (W.), TÖNSHOFF (H.K.), MEIJER (J.), KIRNER (P.K.), RUND (M.), SCHNEIDER (M.F.), Van SPRANG (I.) - Surface Treatment Techniques by Laser Beam Machining. - (Techniques de traitement de surface par faisceau laser). Annals of the CIRP, vol. 41, p. 657-66 (1992).
-
(5) - HICK (A.J.) - Traitements rapides de durcissement de surface par laser ou faisceau d’électrons. - Rev. Trait. Therm. no 195 (1985).
-
...
HOUZÉ (M.) - Influence des traitements thermiques sur le Pouvoir Thermoélectrique des aciers de cuve [Texte imprimé] : effet des évolutions microstructurales des zones fortement ségrégées. - Institut national des sciences appliquées (Lyon) (2002).
PASSERAT (S.) - Comportement tribologique d'aciers et d'alliages de titane renforcés par traitements superficiels en glissement et en fretting. - Bordeaux (2000).
HAUT DE PAGE2.1 Association française de normalisation (AFNOR)
NF A 04-203, Produits en aciers. Détermination de la profondeur conventionnelle de trempe après chauffage superficiel.
NF A 35-563, Aciers spéciaux aptes aux traitements thermiques pour trempe après chauffage superficiel. Qualités
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