Trempe et revenu par induction
Qu'est-ce que le « hardening » ?
Le durcissement peut être défini simplement comme tout procédé permettant d'augmenter la dureté d'un matériau et d'en réduire la ductilité. Ce procédé est utilisé pour renforcer les surfaces soumises à une forte usure et pour améliorer la longévité globale des pièces. Bien qu'il existe diverses méthodes de durcissement, chacune étant adaptée à un matériau particulier, la technologie par induction est fréquemment utilisée dans un procédé de durcissement spécifique appelé « trempe et revenu ».
Qu'est-ce que la trempe et le revenu ?
La trempe et le revenu constituent un procédé de durcissement exclusivement applicable aux aciers à teneur moyenne à élevée en carbone. Dans un premier temps, l’acier est chauffé à une température suffisamment élevée, ce qui provoque une transformation de sa structure cristalline, la ferrite se transformant en austénite. Dans cet état modifié, l’acier peut absorber une quantité de carbone supérieure à celle qu’il absorberait dans des conditions normales. L’acier est ensuite trempé rapidement à l’aide d’eau, d’huile ou d’une solution d’eau et de polymère dans un équipement à induction. Ce refroidissement rapide empêche la formation de précipités de carbone qui pourraient compromettre la dureté finale de l’acier.
À mesure que l'acier refroidit, il tente de revenir à son état initial à basse température. Cependant, ayant absorbé plus de carbone que son état d'origine ne peut en contenir, l'acier se transforme en une structure cristalline distincte appelée martensite. La martensite est exceptionnellement dure en raison de ses structures cristallines déformées et de sa forte teneur en carbone. Si l'acier atteint alors une dureté élevée, il devient également assez cassant.
Le revenu est l'étape suivante, qui consiste à réchauffer l'acier à une température inférieure afin de réduire légèrement sa dureté et, par conséquent, sa fragilité. La température spécifique de revenu dépend du niveau de dureté souhaité. Une fois la dureté cible atteinte, l'acier subit un nouveau processus de trempe afin d'empêcher toute chaleur résiduelle de poursuivre le revenu de l'acier.
Trempe et revenu par induction
La technologie par induction est principalement utilisée dans les procédés de trempe et de revenu, où elle offre des avantages notables. Pour obtenir le profil de dureté souhaité dans ce procédé, il faut une précision exceptionnelle tant pour le chauffage que pour la trempe de l’acier. Même de légères variations, telles qu’un chauffage un peu trop long ou une trempe à une température incorrecte, peuvent entraîner des écarts significatifs d’une pièce à l’autre. Il est donc crucial de maintenir un contrôle précis sur le processus, et la technologie par induction se distingue en offrant un contrôle supérieur par rapport aux autres méthodes de chauffage.
La manipulation et le positionnement automatiques des composants pour le chauffage et la trempe contribuent à des cadences de production élevées et à des résultats homogènes sur l'ensemble des pièces. L'induction s'impose comme la méthode la plus rapide pour la trempe et le traitement thermique, permettant de minimiser la déformation, d'éviter toute décarburation de surface, d'obtenir une microstructure à grain fin et de contrôler avec précision la répartition de la dureté. Pour toute installation souhaitant faire passer sa production au niveau supérieur, l'induction s'impose comme la solution idéale.
Cémentation par induction
La cémentation sélective par induction peut améliorer les performances des pièces en leur conférant des propriétés mécaniques hybrides : une dureté là où cela est nécessaire, sur les surfaces soumises à l'usure, et une ductilité au cœur de la pièce, garantissant ainsi une résistance aux chocs.
La trempe par induction sélective permet de cibler précisément une zone localisée d'une pièce et d'y appliquer rapidement de la chaleur. La pièce se voit ainsi dotée d'une couche, ou « couche de cémentation », de matériau trempé. Ce procédé est idéal pour les pièces soumises à de fortes contraintes en service et qui doivent présenter une combinaison de propriétés mécaniques, telles qu'une limite d'élasticité élevée, une résistance à la fatigue et une résistance à l'usure.
La répartition précise de la dureté peut être contrôlée en ajustant de manière appropriée la fréquence utilisée, la géométrie de la bobine d'induction, le niveau de puissance et la position de la pièce dans la bobine. La répartition de la dureté reste très homogène d'une pièce à l'autre grâce à la précision de pointe des systèmes Radyne. La rotation pendant le chauffage garantit une couche de dureté uniforme.
Trempe par induction progressive | Balayage par induction
Il arrive souvent que certaines pièces nécessitent un durcissement superficiel dans des zones bien précises afin d'assurer des performances optimales et une longue durée de vie. Le durcissement par induction, qui repose sur un chauffage progressif suivi d'une trempe, constitue un procédé économique pour le traitement des arbres ou d'autres pièces.
En faisant passer progressivement un arbre en acier à travers une bobine de chauffage puis dans un bain de trempe à l'eau, il est possible de chauffer, de tremper et de durcir la couche superficielle sans affecter le cœur de l'arbre. Lorsqu'une couche de trempe parfaitement uniforme est requise, il est souvent nécessaire de faire tourner l'arbre. La bobine et le bain de trempe à l'eau associé forment généralement un ensemble unique, car la position du bain de trempe par rapport à l'inducteur est très importante. L'alimentation en eau s'effectue souvent à travers la bobine elle-même, comme illustré. Le balayage contrôlé des arbres à travers la bobine d'induction et l'anneau de trempe tout en les faisant tourner permet d'obtenir des profondeurs de trempe contrôlées sur des longueurs réglables des arbres, le tout dans le cadre d'un cycle automatisé.
Le contrôle de la profondeur de cémentation dépend de la puissance fournie par le générateur et de la vitesse de descente de l'arbre à travers la bobine d'induction, tandis que la longueur de la zone cémentée est contrôlée par un pyromètre réglé conformément aux spécifications. Une fois que la profondeur de cémentation et les profils de dureté souhaités ont été obtenus en ajustant les paramètres de l'équipement, ces réglages peuvent être standardisés afin de garantir un processus reproductible pour chaque pièce.
Bien que l'application décrite concerne le durcissement superficiel, elle peut être adaptée à d'autres opérations de traitement thermique nécessitant un chauffage progressif, telles que le recuit et le revenu.