Présentation

Article

1 - PÉRIMÈTRE ET SPÉCIFICITÉS

2 - POTENTIALITÉS DE CES TRAITEMENTS EN TERMES DE TENUE MÉCANIQUE

3 - LIMITATIONS THERMIQUES ET MÉTALLURGIQUES DE CE TYPE DE TRAITEMENT

4 - MATÉRIELS POUR LA MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DE CES TRAITEMENTS

5 - EXEMPLES DE RÉALISATIONS INDUSTRIELLES AVEC CHAUFFAGE PAR INDUCTION

6 - AXES DE DÉVELOPPEMENT DE CES PROCÉDÉS

7 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : M1205 v2

Potentialités de ces traitements en termes de tenue mécanique
Traitements thermiques superficiels des aciers

Auteur(s) : Yves DESALOS, Florence LE STRAT

Date de publication : 10 déc. 1996

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Auteur(s)

  • Yves DESALOS

  • Florence LE STRAT : Ingénieurs chez Renault SA - Docteurs ès sciences

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INTRODUCTION

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 :

  • limitation économique (rendement) et modulable des apports énergétiques ;

  • disponibilité (délai de mise en œuvre) et souplesse de la source ;

  • cycles rapides et non polluants autorisant le traitement en chaîne de fabrication ;

  • 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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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m1205


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2. Potentialités de ces traitements en termes de tenue mécanique

Ce type de traitement permet d’obtenir des caractéristiques mécaniques élevées en surface au niveau des plages fonctionnelles critiques, tout en conservant à cœur une ductilité qui assure la sécurité du fonctionnement de la pièce [14]. On peut ainsi accroître les performances des pièces sollicitées, principalement au voisinage de la surface : résistance à la fatigue – notamment en sollicitations répétées non uniformes en flexion, et (ou) torsion –, résistance à la fatigue de surface (écaillage), et résistance à l’usure abrasive.

En fatigue, ce sont les fibres externes de la pièce pour la torsion ou les fonds de congés pour la flexion qui sont souvent les plus sollicités. En plus du renforcement structural retardant l’initiation des fissures, le gonflement martensitique superficiel accompagnant le durcissement de ces fibres se traduit naturellement par l’établissement de contraintes de compression qui s’opposent aux sollicitations normales de travail de la pièce [15].

L’augmentation de la tenue à l’usure abrasive n’est souvent qu’une conséquence du durcissement nécessaire à l’accroissement de tenue en fatigue, mais l’argument peut être parfois prioritaire : cames, portées de joint de pièces rotatives, cylindres de laminoir à froid...

2.1 Amélioration de la résistance à la fatigue

Cette amélioration dépend de l’évolution sous la surface de la microstructure et des contraintes résiduelles, donc en particulier de l’épaisseur de traitement. Des gains de limite d’endurance jusqu’à 30 % ont été enregistrés lors d’essais en flexion rotative sur éprouvettes entaillées en XC 42 trempé et revenu pour 1 000 MPa [14]...

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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).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Traitements superficiels par faisceaux à haute densité d’énergie.

  • Précontraintes et traitements superficiels.

  • Calcul des champs électromagnétiques.

1 Thèses

* - http://www.sudoc.abes.fr

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 PAGE

2 Normalisation

HAUT DE PAGE

2.1 Association française de normalisation (AFNOR)

http://www.afnor.fr

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 - -

HAUT DE PAGE

3 Constructeurs

Liste non exhaustive

...

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