La trempe par induction est un processus de traitement thermique efficace dans la fabrication, qui augmente la dureté et la résistance de la pièce. Il s’agit de chauffer une pièce à l’intérieur d’une structure en bobine. Le courant alternatif à haute fréquence traverse la bobine et génère un champ électromagnétique. L’énergie générée par le champ chauffe la pièce. Le chauffage de la pièce provoque une transformation de phase, et le mécanisme de refroidissement instantané de la machine de trempe stabilise la transformation de phase (martiniste) pour durcir la pièce. Le processus de trempe par induction peut durcir différents matériaux, pièces et produits. Cet article abordera en détail les matériaux courants utilisés dans les projets de trempe par induction.
Quels sont les matériaux les plus courants pour la trempe par induction ?
Quelques conditions de base doivent être remplies pour qu’un matériau soit éligible au processus de trempe par induction. Le matériau doit avoir une conductivité thermique et électrique élevée. Cependant, seuls quelques matériaux sont durcis par induction en raison d’exigences spécifiques en matière de microstructure et de métallurgie. Le matériau doit avoir une microstructure appropriée qui lui permettra de durcir efficacement par une transformation de phase, ce qui signifie une certaine teneur en carbone. En outre, le matériau doit posséder des propriétés métallurgiques qui lui permettent de conserver sa dureté après refroidissement. Par exemple, les aciers austénitiques ne conviennent pas à la trempe par induction car ils ont une faible trempabilité. Les matériaux les plus couramment utilisés dans les projets de trempe par induction sont les suivants ;
- Fonte (>2% de la teneur en carbone)
- Acier à teneur moyenne en carbone (0,3 à 0,6 % de la teneur en carbone)
- Acier à haute teneur en carbone (0,6 à 1,4 % de la teneur en carbone)
- Aciers alliés
- Acier à outils
- Acier inoxydable
Les alliages d’aluminium et de titane sont également compatibles avec la trempe par induction, bien que ces matériaux non ferreux soient moins courants que les autres.
Trempe par induction de l’acier
Les aciers alliés, les aciers à outils, les aciers inoxydables ou d’autres aciers (contenant au moins 0,3 % de carbone) peuvent être traités par trempe par induction. En fait, l’acier est le matériau le plus utilisé dans les projets de trempe par induction. Les tôles d’acier brut, les pièces d’acier et les produits sont soumis à la trempe par induction pour améliorer les propriétés souhaitées. C’est l’une des méthodes les plus efficaces pour adapter la résistance et la dureté des articles en acier au niveau souhaité. La plupart des pièces et produits en acier sont soumis à un processus de trempe par induction pour le durcissement superficiel, notamment les outils de fabrication, les engrenages, les arbres, les vilebrequins, les arbres à cames, les roulements, les bagues, les essieux, les cylindres, les tuyaux, les bielles et bien d’autres encore. La profondeur de trempe peut être contrôlée en ajustant le courant, le temps de chauffage, la vitesse de trempe et d’autres paramètres opérationnels. La profondeur de trempe peut varier de 0,5 à 10 mm en fonction des exigences spécifiques et de l’utilisation prévue.
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Nuance commune d’alliages d’acier pour la trempe par induction
L’acier qui contient des éléments d’alliage en plus du carbone est appelé acier allié. Le chrome, le nickel, le molybdène et le manganèse sont des éléments d’alliage couramment ajoutés à l’acier pour accroître sa solidité, sa dureté, sa ténacité et sa résistance à la corrosion. Il existe plusieurs nuances d’acier allié utilisées dans divers projets de trempe par induction. Une nuance d’acier allié fait référence à une norme ou à une classification spécifique qui définit la composition et les propriétés de l’acier.
| Grades | Description |
|---|---|
| 1045 | Il s’agit d’un alliage d’acier à teneur moyenne en carbone, avec une teneur en carbone de 0,43 à 0,50 % et d’autres éléments d’alliage. L’acier SAE 1045 peut être durci par chauffage par induction pour augmenter sa résistance et sa dureté. Cependant, avec une trempabilité plus faible, il peut ne pas convenir à des applications spécifiques nécessitant une dureté de surface très élevée. |
| 1050 | L’acier allié 1050 est un alliage d’acier à teneur moyenne en carbone composé principalement de manganèse, de carbone et de fer. Sa teneur en carbone est inférieure à celle de l’acier 1045, ce qui signifie qu’il est plus mou et moins trempable. |
| 1144 | Il contient du manganèse et du soufre en plus du carbone comme élément d’alliage. Sa capacité à être détendu sans devenir cassant le rend unique. |
| 4140 | Un acier faiblement allié connu pour sa résistance et sa ténacité. L’acier peut être trempé par induction pour atteindre une dureté de surface allant jusqu’à 58 HRC (valeur typique). Sa trempabilité est relativement faible par rapport à d’autres aciers fortement alliés (John Pearson, 2021). |
| 4340 | Il s’agit d’un acier fortement allié, doté d’une résistance et d’une dureté élevées, qui convient aux vilebrequins, aux bielles et à d’autres pièces soumises à de fortes contraintes. En outre, l’ajout de nickel dans l’alliage permet d’améliorer la ténacité et la ductilité à des niveaux de résistance élevés. |
| 5210 | Il s’agit d’un acier allié à haute teneur en carbone qui convient aux projets de trempe par induction. Cette nuance est utilisée dans les applications de haute performance après la trempe par induction qui nécessitent une dureté de surface élevée, comme les roulements, les engrenages et les outils de coupe. |
| 8620 | Le 8620 est un acier faiblement allié couramment utilisé dans les projets de trempe par induction. Il est trempé pour obtenir différentes propriétés, résistance, dureté et résistance à la fatigue. |
| 9310 | Il possède une trempabilité relativement élevée par rapport à d’autres aciers alliés, ce qui en fait un excellent choix pour la trempe par induction dans des applications à très haute dureté. |
Les autres nuances d’acier allié utilisées pour la trempe par induction sont les suivantes : 4150, 4350, 5150, 8650, EN25, EN2, XK1340, K245, et bien d’autres encore.
La teneur en carbone de l’acier et la trempe par induction
Comme indiqué précédemment, l’acier doit avoir un certain pourcentage (0,3 %) de teneur en carbone pour être traité par trempe par induction. Par conséquent, la teneur en carbone de l’acier est étroitement liée au processus de trempe par induction. La teneur en carbone détermine principalement la dureté et la profondeur de la couche durcie. Les aciers à forte teneur en carbone sont plus durs et plus fragiles et peuvent être trempés plus profondément. En revanche, les aciers à faible teneur en carbone sont plus tendres et plus malléables et ne peuvent être trempés qu’à une faible profondeur. La profondeur de la couche durcie est essentielle dans la trempe par induction car elle affecte la solidité et la résistance à l’usure du composant. En outre, la teneur en carbone affecte la température de transformation de l’acier pendant le processus de trempe par induction. Les aciers à forte teneur en carbone ont une température de transformation plus élevée, qui doit être atteinte pour transformer l’austénite en martensite.
Procédure de sélection des matériaux pour la trempe par induction
Le matériau adapté à vos projets de trempe par induction dépend des exigences et des contraintes spécifiques de l’application, ainsi que des matériaux disponibles et des capacités de traitement. La sélection des matériaux est un aspect essentiel de la trempe par induction, car elle affecte directement les performances de l’ouvrage trempé par induction. La procédure de sélection des matériaux pour la trempe par induction comprend généralement les étapes suivantes :
- Définir les exigences de l’application: La première étape consiste à définir et à déterminer les exigences spécifiques de l’application, telles que la résistance, la dureté, la résistance à l’usure, la ténacité et la ductilité.
- Liste des options de matériaux: Sur la base des exigences de l’application, dressez une liste de tous les matériaux possibles, comprenant généralement une gamme de matériaux et d’alliages avec différentes teneurs en carbone, d’autres éléments d’alliage et des microstructures.
- Examinez les capacités de durcissement par induction: Examinez les capacités de chaque option de matériau que vous avez énumérée avant de prendre en compte plusieurs facteurs tels que la température de transformation, la dureté, la profondeur de la couche durcie et la susceptibilité à la fissuration.
- Évaluer les propriétés mécaniques: Comparez les propriétés mécaniques de chaque matériau, y compris la résistance, la dureté, la ténacité et la ductilité. Vous devez vous assurer qu’elles répondent aux exigences de l’application.
- Tenez compte du coût et de la disponibilité: Comparez le prix et la disponibilité de chaque option de matériau, en tenant compte de facteurs tels que les coûts des matières premières, les coûts de fabrication et les délais d’exécution.
- Prendre une décision finale: Sur la base de l’évaluation des capacités de durcissement par induction, des propriétés mécaniques, du coût et de la disponibilité, prenez la décision finale concernant le matériau le plus approprié pour l’application.
Conclusion
Les matériaux couramment utilisés pour la trempe par induction sont la fonte, les aciers à teneur moyenne et élevée en carbone, les aciers alliés, les aciers à outils et les aciers inoxydables. Toutefois, l’acier est le matériau le plus couramment utilisé dans les projets de trempe par induction. Le choix d’un matériau approprié est crucial car il affecte directement la qualité et les performances des pièces ou des produits trempés par induction. Par conséquent, sélectionnez le matériau pour votre projet en fonction des propriétés souhaitées, de l’application prévue, de la capacité de durcissement, du coût et de la résistance à la fatigue.
