Trempe après chauffage superficiel
N.B : Les informations contenues dans cette fiche proviennent de sources dignes de foi. Néanmoins, elles sont fournies sans aucune garantie, expresse ou tacite, de leur exactitude.
Principe
La trempe après chauffage superficiel a pour but de chauffer rapidement la surface d’une pièce en acier, sans laisser la chaleur diffuser vers le cœur de la pièce puis de refroidir très rapidement (par aspersion ou immersion). Ce traitement permet un durcissement de surface en conservant un cœur malléable.
Le traitement se fait de manière unitaire mais peut-être réalisé en série (enfilade, carrousel…).
La trempe s’effectuant uniquement sur la surface, les dimensions importantes d’une pièce ne sont généralement plus un facteur limitant.
La température de chauffage est généralement plus élevée que lors d’une trempe dans la masse, entre 900 et 1100°C, pour obtenir une austénite homogène après un chauffage d’une durée comprise entre une fraction seconde et quelques dizaines de secondes. Les contraintes engendrées par les gradients thermiques importants au chauffage et à la trempe s’ajoutent aux contraintes formées lors de la transformation martensitique lors de la trempe.
Les moyens de chauffage les plus couramment utilisés sont :
L’induction
Le chalumeau
Le laser
Le principe de l’induction consiste en l’emploi d’une bobine électromagnétique entourant la partie de la pièce à traiter. Lorsque le courant électrique alimente la bobine, il se forme des courants de Foucault en surface de la pièce qui, par effet Joule, entrainent la montée en température très rapide de la couche chauffée.
Les aciers utilisés pour obtenir des profondeurs traitées de l’ordre de 2mm sont, par exemple, des aciers au carbone tels que les aciers C35E, C45E ou C55E. Des aciers plus chargés en éléments d’addition (Cr Mo W V) comme l’acier 42CrMo4 sont employés lorsque des profondeurs supérieures sont recherchées.
Caractéristiques habituelles du traitement
La dureté superficielle dépend de la teneur en carbone de l’acier choisi et varie entre 500 et 700HV.
La dureté du cœur n’évolue pas ce qui permet de conserver une tenue au choc intéressante ;
Les contraintes résiduelles en surface sont en compression et comprises entre -250MPa et – 700MPa ce qui augmente la résistance à la fatigue mécanique. Autour des parties traitées des zones de sortie de profil sont en forte traction. Si ces zones sont sollicitées en fatigue, la limite d’endurance de la pièce peut être affectée ;
Les profondeurs de traitement varient entre quelques dixièmes de mm et quelques cm en relation avec le matériau, la fréquence du courant électrique utilisé, le temps de chauffe, le mode de refroidissement, et la géométrie de la pièce… ;
La résistance à la fatigue superficielle est fortement augmentée car la zone superficielle sollicitée présente une limite d’élasticité élevée ;
Les déformations après traitement sont faibles car le cœur n’est pas affecté par le traitement ;
Le traitement est adapté aux pièces de grandes dimensions ;
Le prix du traitement dépend de l’importance de la série.
Applications
Pièces mécaniques de grande série.
Roues dentées, pignons et arbres de transmissions ;
Couronne de roulement d’éoliennes ;
Cylindres de laminoirs.