Modélisation par analyse par éléments finis (FEA) du recuit de filets par chauffage par induction

Les étapes de traitement importantes après la trempe d’une pièce en acier comprennent le revenu, le détensionnement et le recuit sous-critique. La transformation en martensite par trempe crée une structure très dure présentant une faible ductilité. La martensite non revenue conserve un niveau élevé de contraintes résiduelles et est généralement trop fragile pour de nombreuses applications commerciales, à l’exception des composants qui requièrent principalement une résistance à l’usure. Le réchauffage des aciers et des fontes à l'état trempé en vue du revenu permet d'obtenir une microstructure de martensite revenue. Les températures de revenu sont inférieures à la température de transformation inférieure A1 (généralement comprises entre 120 et 650 °C, soit 250 et 1 200 °F) et comprennent quatre étapes de revenu qui se chevauchent.
Le revenu localisé des filets par chauffage par induction permet de concentrer l’énergie thermique dans les zones où une plus grande ductilité est souhaitée. La mise au point d’un tel procédé présente plusieurs défis :
• La zone filetée de l’arbre doit être chauffée juste en dessous de la température critique A1 pour l’assouplir correctement, tout en veillant à ce que la température des zones voisines (y compris les épaulements et les changements de diamètre) ne provoque pas de réausténitisation.
• Les conditions thermiques et la recette de procédé doivent être choisies de manière à éviter ou à réduire le risque d’apparition de phénomènes métallurgiques indésirables tels que la fragilisation de la martensite trempée et la fragilisation due au revenu.
• La longueur d’une zone de transition « trempée-non trempée » ne doit pas être dépassée.
• Le procédé doit être fiable et reproductible.
La modélisation numérique permet non seulement de déterminer la conception optimale de la bobine et la recette de traitement, mais aussi d’évaluer la robustesse d’un processus de revenu particulier en estimant l’impact des écarts réels du processus, tels que les tolérances dimensionnelles, l’intégrité du dispositif de fixation et le positionnement de la pièce par rapport à l’inducteur.
À titre d’illustration, les figures ci-dessous montrent la dynamique de la distribution du champ électromagnétique (en haut) et la variation de température lors du recuit par induction d’une zone filetée à l’aide d’un insert d’inducteur optimisé à deux spires (inducteur avec secondaire couplé électromagnétiquement). Ce type d’inducteur a été sélectionné en raison des spécificités de réglage de la charge de l’onduleur disponible utilisé par le client.

Pour aller plus loin
• V. Rudnev, D. Loveless, et al., Handbook of Induction Heating, Marcel Dekker, New York, 2003.