Durcissement par induction Applications du processus de surface

Qu'est-ce que la trempe par induction ?

Trempe par induction est une forme de traitement thermique dans laquelle une pièce métallique contenant suffisamment de carbone est chauffée dans le champ d'induction, puis rapidement refroidie. Cela augmente à la fois la dureté et la fragilité de la pièce. Le chauffage par induction permet de chauffer localement à une température prédéterminée et de contrôler précisément le processus de durcissement. La répétabilité du processus est ainsi garantie. En général, la trempe par induction est appliquée aux pièces métalliques qui doivent présenter une grande résistance à l'usure superficielle, tout en conservant leurs propriétés mécaniques. Une fois le processus de durcissement par induction terminé, la pièce métallique doit être trempée dans l'eau, l'huile ou l'air afin d'obtenir des propriétés spécifiques de la couche superficielle.

Trempe par induction est une méthode permettant de durcir rapidement et sélectivement la surface d'une pièce métallique. Une bobine de cuivre transportant un niveau important de courant alternatif est placée près de la pièce (sans la toucher). La chaleur est générée à la surface et près de la surface par les courants de Foucault et les pertes par hystérésis. La trempe, généralement à base d'eau avec un ajout tel qu'un polymère, est dirigée vers la pièce ou celle-ci est immergée. Cela transforme la structure en martensite, qui est beaucoup plus dure que la structure précédente.

Un type moderne et populaire d'équipement de trempe par induction est appelé scanner. La pièce est maintenue entre deux centres, tournée et passée à travers une bobine progressive qui fournit à la fois la chaleur et la trempe. La trempe est dirigée sous la bobine, de sorte que n'importe quelle zone de la pièce est rapidement refroidie immédiatement après le chauffage. Le niveau de puissance, le temps de séjour, la vitesse de balayage et d'autres variables du processus sont contrôlés avec précision par un ordinateur.

Processus de cémentation utilisé pour augmenter la résistance à l'usure, la dureté de surface et la durée de vie en fatigue par la création d'une couche superficielle durcie tout en conservant une microstructure centrale non affectée.

Trempe par induction est utilisé pour augmenter les propriétés mécaniques des composants ferreux dans une zone spécifique. Les applications typiques sont les groupes motopropulseurs, les suspensions, les composants de moteur et les pièces embouties. La trempe par induction est un excellent moyen de réparer les réclamations au titre de la garantie et les défaillances sur le terrain. Les principaux avantages sont l'amélioration de la solidité, de la résistance à la fatigue et à l'usure dans une zone localisée, sans qu'il soit nécessaire de revoir la conception du composant.

• Traitement thermique

• Durcissement de la chaîne

• Durcissement des tubes et tuyaux

• Construction navale

• Aérospatiale

• Chemins de fer

• Automobile

• Énergies renouvelables

• Contrôle précis de la température et de la profondeur de trempe

• Chauffage contrôlé et localisé

• Facilement intégrable dans les lignes de production

• Processus rapide et reproductible

• Chaque pièce peut être trempée selon des paramètres précis et optimisés.

• Processus économe en énergie

Résistance accrue à l'usure

Il existe une corrélation directe entre la dureté et la résistance à l'usure. La résistance à l'usure d'une pièce augmente de manière significative avec la trempe par induction, en supposant que l'état initial du matériau était soit recuit, soit traité à un état plus doux.

Augmentation de la résistance et de la durée de vie à la fatigue grâce au noyau mou et à la contrainte de compression résiduelle à la surface.

La contrainte de compression (généralement considérée comme un attribut positif) résulte du fait que la structure durcie près de la surface occupe un volume légèrement supérieur à celui du noyau et de la structure antérieure.

Les pièces peuvent être trempées après Trempe par induction pour régler le niveau de dureté, comme souhaité

Comme pour tout processus produisant une structure martensitique, le revenu réduit la dureté tout en diminuant la fragilité.

Un étui profond avec un noyau résistant

La profondeur de cémentation typique est de 0,030" - 0,120", ce qui est plus profond en moyenne que les procédés tels que la cémentation, la carbonitruration et diverses formes de nitruration réalisées à des températures sous-critiques. Pour certains projets tels que les essieux, ou les pièces qui sont encore utiles même après l'usure d'une grande partie du matériau, la profondeur de cémentation peut atteindre ½ pouce ou plus.

Processus de durcissement sélectif sans masquage

Les zones post-soudées ou post-usinées restent souples - très peu d'autres procédés de traitement thermique sont capables d'atteindre ce résultat.

Distorsion relativement minime

Exemple : un arbre de 1" Ø x 40" de long, qui comporte deux tourillons régulièrement espacés, chacun de 2" de long, qui doivent supporter une charge et résister à l'usure. La trempe par induction est effectuée uniquement sur ces surfaces, soit une longueur totale de 4". Avec une méthode conventionnelle (ou si nous avions durci par induction toute la longueur), il y aurait beaucoup plus de gauchissement.

Permet l'utilisation d'aciers à faible coût tels que le 1045

L'acier le plus utilisé pour les pièces devant être trempées par induction est le 1045. Il est facilement usinable, peu coûteux et, grâce à une teneur en carbone de 0,45% nominal, il peut être trempé par induction jusqu'à 58 HRC +. Il présente également un risque relativement faible de fissuration pendant le traitement. D'autres matériaux populaires pour ce processus sont 1141/1144, 4140, 4340, ETD150, et diverses fontes.

Limites de la trempe par induction

Nécessite une bobine d'induction et un outillage en rapport avec la géométrie de la pièce.

La distance de couplage entre la pièce et la bobine étant déterminante pour l'efficacité du chauffage, la taille et le contour de la bobine doivent être soigneusement sélectionnés. Alors que la plupart des traiteurs disposent d'un arsenal de bobines de base pour chauffer des formes rondes telles que des arbres, des goupilles, des rouleaux, etc., certains projets peuvent nécessiter une bobine personnalisée, coûtant parfois des milliers de dollars. Pour les projets à volume moyen ou élevé, l'avantage d'un coût de traitement réduit par pièce peut facilement compenser le coût de la bobine. Dans d'autres cas, les avantages techniques du procédé peuvent l'emporter sur les problèmes de coût. Par ailleurs, pour les projets à faible volume, le coût de la bobine et de l'outillage rend généralement le procédé impraticable si une nouvelle bobine doit être construite. La pièce doit également être soutenue d'une manière ou d'une autre pendant le traitement. Le passage entre les centres est une méthode courante pour les pièces de type arbre, mais dans de nombreux autres cas, un outillage sur mesure doit être utilisé.

Risque accru de fissuration par rapport à la plupart des procédés de traitement thermique

Cela est dû à la rapidité du chauffage et de la trempe, ainsi qu'à la tendance à créer des points chauds au niveau des caractéristiques/arêtes telles que les rainures de clavette, les rainures, les trous transversaux et les filets.

Distorsion avec la trempe par induction

Les niveaux de distorsion ont tendance à être plus élevés que dans les procédés tels que la nitruration ionique ou gazeuse, en raison de la rapidité du chauffage/de la trempe et de la transformation martensitique qui en résulte. Cela dit, la trempe par induction peut produire moins de distorsion que le traitement thermique conventionnel, en particulier lorsqu'elle n'est appliquée qu'à une zone sélectionnée.

Limites des matériaux avec la trempe par induction

Depuis l'entrée en vigueur de la processus de trempe par induction n'implique normalement pas la diffusion de carbone ou d'autres éléments, le matériau doit contenir suffisamment de carbone ainsi que d'autres éléments pour assurer une trempabilité supportant la transformation martensitique jusqu'au niveau de dureté désiré. Cela signifie généralement que le carbone est de l'ordre de 0,40%+, ce qui produit une dureté de 56 à 65 HRC. Des matériaux à plus faible teneur en carbone, tels que le 8620, peuvent être utilisés avec une réduction de la dureté réalisable (40-45 HRC dans ce cas). Les aciers tels que 1008, 1010, 12L14, 1117 ne sont généralement pas utilisés en raison de l'augmentation limitée de la dureté réalisable.

Durcissement par induction Détails du processus de surface

Trempe par induction est un procédé utilisé pour le durcissement superficiel des pièces en acier et autres alliages. Les pièces à traiter thermiquement sont placées à l'intérieur d'une bobine de cuivre, puis chauffées au-dessus de leur température de transformation en appliquant un courant alternatif à la bobine. Le courant alternatif dans la bobine induit un champ magnétique alternatif à l'intérieur de la pièce, ce qui a pour effet de chauffer la surface extérieure de la pièce à une température supérieure à la plage de transformation.

Les composants sont chauffés au moyen d'un champ magnétique alternatif jusqu'à une température égale ou supérieure à la plage de transformation, suivie d'une trempe immédiate. Il s'agit d'un procédé électromagnétique utilisant une bobine d'induction en cuivre, alimentée par un courant à une fréquence et à un niveau de puissance spécifiques.