La trempe par induction est une méthode couramment utilisée dans les usines modernes pour augmenter la dureté de l’acier. Le chauffage par induction peut chauffer la surface d’une pièce en acier, ce qui modifie sa structure cristalline. Lisez ci-dessous pour savoir comment la trempe par induction augmente la dureté de l’acier.
Introduction à la trempe par induction
La trempe par induction est l’une des méthodes les plus répandues de traitement thermique, qui permet de personnaliser les propriétés physiques, mécaniques et chimiques requises du métal. Elle utilise l’induction électromagnétique pour chauffer la pièce. Le processus de trempe par induction consiste à chauffer les pièces à l’intérieur d’une bobine de forme hélicoïdale (bobine d’induction) par induction électromagnétique et à les refroidir immédiatement. La source d’énergie (CA) crée un courant de Foucault qui génère la chaleur nécessaire à l’augmentation de la température pour le processus de traitement thermique. Le composant chauffé est rapidement trempé (refroidi) par un mécanisme de pulvérisation d’eau couplé au système de chauffage. Toutefois, l’agent de refroidissement peut être de l’eau, de l’air ou de l’huile.
Durcissement par induction de l’acier
La trempe de l’acier implique des modifications métallurgiques visant à améliorer ses propriétés mécaniques. Le processus de trempe par induction chauffe l’acier à une température comprise entre 880 et 1050 degrés Celsius, suivie d’un processus de refroidissement rapide. L’élévation extrême de la température de l’acier entraîne des modifications de la microstructure, ce qui augmente la dureté. Le processus de trempe rapide stabilise les changements de microstructure. Le chauffage par induction offre une plus grande uniformité dans l’ensemble de la pièce pour une trempe efficace. Le schéma de chauffage précis permet de former un noyau relativement froid et stable.
Augmentation de la dureté de l’acier lors de la trempe par induction
Le durcissement de l’acier par induction implique trois phénomènes distincts : les changements électromagnétiques, la transmission de la chaleur et les changements métallurgiques. Lorsque la pièce d’acier est placée dans une bobine d’induction et qu’elle est alimentée en courant alternatif (CA), le champ magnétique alternatif développé à la surface produit un courant de Foucault. Le courant de Foucault est responsable de l’échauffement de la pièce d’acier. Il modifie ses propriétés de manière significative une fois qu’il atteint la température critique (7240°C). Examinons deux transformations cruciales qui se produisent pendant le durcissement de l’acier par induction :
- Austenite
Le changement d’orientation cristallographique dans la limite des grains d’origine résulte de la transformation de l’acier en austénite. L’austénite contient une structure cristalline FCC, qui présente un modèle d’empilement plus dense. Les modèles d’empilement plus denses se traduisent par des espaces ouverts dans la structure cristalline, permettant à l’atome de carbone interstitiel de s’insérer. La plus grande solubilité du carbone
- Martensite
La formation martensitique est liée au refroidissement immédiat de l’acier très chaud (<10000C )(Guterres, 2022). Les atomes de carbone situés dans l’espace entre les atomes de fer sont piégés parce que le refroidissement instantané empêche la diffusion. Par la transformation chronologique en austénite et en martensite, l’acier modifie sa structure cristalline. En outre, il se stabilise dans un modèle d’empaquetage dense avec une plus grande teneur en carbone, ce qui augmente la dureté d’origine. La valeur de dureté atteinte dépend de la teneur en carbone.
Effet de la trempe par induction sur la dureté de l’acier
Il convient de comprendre quelques termes importants avant de voir comment la dureté est affectée par la trempe par induction.
| Conditions d’utilisation | Description |
|---|---|
| Cristaux et grains | Le cristal fait référence à l’arrangement répétitif des atomes selon un schéma périodique, tandis que les grains sont la collection de cristaux séparés par les limites respectives des grains. |
| BCC | La structure cristalline du centre du corps fait référence à la disposition des atomes au centre du cube et aux huit coins, où chaque coin est partagé avec un coin d’un autre cube. |
| FCC | Dans le FCC, huit atomes sont disposés dans chaque coin du cube, et un reste au centre de chaque face, partagé avec une face adjacente. |
Lorsqu’une force est appliquée, les grains transfèrent l’énergie de l’un à l’autre. Si la force est trop élevée, les limites des grains ont tendance à glisser lors du passage de la force, ce qui entraîne une déformation. La dureté étant la capacité à résister à la déformation, le processus de trempe permet d’accroître la résistance à la déformation. Le chauffage modifie la structure cristalline de l’acier de BCC à FCC, où les atomes de fer au centre se déplacent vers l’extérieur et créent un espace interstitiel entre eux. Les atomes de carbone s’insèrent entre les particules, ce qui donne un modèle plus compact et plus dense. Le refroidissement instantané de la machine de trempe par induction stabilise le changement de structure, ce qui le rend beaucoup plus apte à absorber l’énergie. En outre, les grains compacts auront besoin de plus d’énergie pour glisser à la position limite.
Avantages de la trempe par induction
La trempe par induction de l’acier améliore ses propriétés mécaniques, ce qui lui permet d’être utilisé dans un large éventail d’applications, des simples outils et ustensiles de cuisine aux pièces automobiles de pointe.
- Excellente résistance à l’usure
Le chauffage par induction augmentant la dureté, la capacité de résistance à l’usure s’en trouve automatiquement améliorée. Grâce à l’étanchéité de la structure interne, l’acier dur empêche l’usure de la surface du matériau.
- Gauchissement minimal
Supposons que vous compariez la trempe par induction à une autre méthode de trempe conventionnelle. Le chauffage uniforme modifie considérablement le scénario de gauchissement. Le gauchissement sera très faible et l’effet sur la fonctionnalité des propriétés sera négligeable.
- Le niveau de dureté spécifique
Il est facile d’obtenir un niveau de dureté particulier avec la trempe par induction. Par exemple, une roue a besoin d’un niveau de dureté spécifique pour satisfaire à sa fonctionnalité. Dans ce cas, l’acier peut être préchauffé pour obtenir le niveau de dureté requis.
- La force
La partie trempée étant plus volumineuse que le noyau, la résistance à la compression de l’acier augmente de manière significative, et la dureté améliore également la résistance à la fatigue de l’acier en raison de l’augmentation importante de la résistance mécanique. Toutefois, l’augmentation de la dureté de l’acier est le principal avantage de la trempe par induction, ce qui la rend supérieure pour plusieurs industries. Les concasseurs de roches, les essieux, les engrenages, les arbres, les poutres de construction et de nombreuses autres applications nécessitent de l’acier dur.
Conclusion
La trempe par induction est un moyen idéal d’augmenter la dureté. Il s’agit d’un traitement thermique utilisant une bobine d’induction, suivi d’un processus de trempe rapide. Les équipements avancés de trempe par induction permettent de personnaliser très précisément la dureté et les autres propriétés mécaniques de l’acier. Il est également possible d’automatiser le processus pour optimiser la productivité.
FAQ
Comment la trempe par induction améliore-t-elle la dureté de l’acier ?
L’acier chauffé par une bobine d’induction subit deux transformations, l’austénite et la martensite. Les modifications structurelles internes apportées par ces transformations rendent l’acier plus dur.
Quels sont les avantages de la trempe par induction de l’acier ?
Le principal avantage est l’augmentation de la dureté et de la résistance mécanique. Il empêche l’usure et les déchirures de prolonger la durée de vie de la pièce, tout en offrant d’autres avantages fonctionnels dans diverses applications.
Quels sont les facteurs qui influencent le résultat de la trempe par induction ?
Trois facteurs entrent en ligne de compte : le niveau de dureté requis, les compétences de l’opérateur et la technologie de trempe par induction. L’utilisation d’un équipement de trempe par induction automatisé et à la pointe de la technologie permet d’obtenir d’excellents résultats.
