« Le durcissement par induction est un traitement non physique, sauf s'il utilise un courant électrique pour un traitement rapide. Cela augmente la résistance et la dureté du métal.
Tôle trempée par induction est un processus de traitement thermique des métaux dans lequel les pièces métalliques contenant suffisamment de carbone sont chauffées par induction électromagnétique et trempées rapidement. Cette technique est principalement appliquée à différents types d'aciers et d'alliages d'acier afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques telles que la dureté de surface, la résistance cyclique et la résistance à l'usure dans certaines zones. Certaines utilisations concernent les groupes motopropulseurs, les suspensions, les moteurs et les pièces d'estampage.
Les traitements thermiques par induction sont des processus relativement rapides et précis de durcissement des surfaces des pièces par rapport aux processus de traitement thermique conventionnels. Ici, nous donnerons un guide étape par étape sur le traitement thermique par induction, ses avantages, ses inconvénients, ses utilisations et son contraste avec cémentation. Alors, regardons de plus près.
Qu’est-ce que le durcissement par induction ?
Induction durcissante
Il s'agit d'une méthode de chauffage sans contact qui utilise l'induction électromagnétique pour produire de la chaleur au niveau de la couche superficielle d'une pièce métallique. Le métal est soumis à un champ magnétique puissant et variable et un courant électrique est généré dans le métal, provoquant de la chaleur. Le métal est généralement chauffé à une température comprise dans la plage de transformation ou supérieure, puis rapidement refroidi.
Le processus de trempe est effectué à l’aide d’eau, d’huile ou d’air. Ce refroidissement rapide entraîne une transformation martensitique du métal, qui augmente sa dureté et sa fragilité. Il convient au durcissement superficiel d'une pièce ou d'un assemblage où seule une certaine zone de la pièce nécessite un durcissement sans altérer les propriétés de la pièce. Cela le rend particulièrement approprié pour les composants qui nécessitent une résistance élevée à l’usure de surface alors qu’ils n’ont pas besoin d’autres propriétés mécaniques. En général, les aciers au carbone et alliés avec une teneur en carbone comprise entre 0.40 % et 0 % sont les plus adaptés pour traitements thermiques de l'acier. Le durcissement par induction présente les avantages suivants par rapport aux autres méthodes de durcissement. Il est plus facile à contrôler puisqu’il s’agit d’un processus électrique par opposition à un processus de combustion. De plus, il ne réchauffe que la couche externe du métal et non les couches internes du métal. Ceci permet d'avoir un très bon contrôle, et cela va conduire à un très bon durcissement de la surface. La profondeur de la couche durcie peut également être facilement contrôlée.
Essayez Prolean maintenant !
2 étapes dans le processus de durcissement par induction
Habituellement, il se compose de deux étapes principales : le chauffage par induction et la trempe. Le premier processus consiste à utiliser l’induction électromagnétique pour chauffer des métaux électriquement conducteurs, et le deuxième processus consiste à tremper pour modifier les caractéristiques de surface du matériau.
Étape 1 : Chauffage par induction
À cette étape, le matériau durci par induction est généralement inséré dans une bobine de cuivre refroidie à l'eau et soumis à un champ magnétique alternatif. Ce champ est produit par un électro-aimant et un oscillateur électronique. L'oscillateur fait passer le courant alternatif à travers l'électro-aimant et, par conséquent, le champ magnétique qui traverse le matériau est également alternatif. Ce processus crée des courants électriques circulaires appelés courants de Foucault qui réchauffent le métal dans la bobine jusqu'à sa température de transformation. Le durcissement par induction est un type de durcissement de surface et peut aller jusqu'à une profondeur maximale de 8 mm. La profondeur de pénétration dépend de la fréquence des champs magnétiques alternatifs ; plus la fréquence est élevée, plus la pénétration des courants est profonde.
Étape 2 : Trempe
Une fois le métal durci par induction à la température requise, il doit être refroidi rapidement ou trempé. Cela se fait généralement en immergeant la pièce dans un bain d'huile ou d'eau, bien que de l'air froid puisse parfois être utilisé. La trempe garantit que la couche externe du matériau est rendue plus dure et que la chaleur ne pénètre pas dans les couches internes du matériau de manière à provoquer des transformations de phase indésirables. Le refroidissement rapide entraîne la formation de la structure martensitique ou ferritico-martensitique dans la couche superficielle. Ces structures ont une résistance à la traction plus élevée et une contrainte d'élasticité initiale plus faible par rapport aux structures en ferrite pure. De plus, la trempe diminue la taille des grains, ce qui est important pour augmenter la dureté du matériau.
Choix des matériaux pour le durcissement par induction
Le durcissement par induction est utilisé sur l'acier à teneur moyenne à élevée en carbone, l'acier allié, la fonte et les matériaux métallurgiques des poudres. Il existe également des aciers inoxydables qui peuvent être utilisés dans différents secteurs manufacturiers.
Aciers à carbone moyen à élevé
C'est une technique idéale pour les aciers à moyenne et haute teneur en carbone car la teneur en carbone est suffisante pour la transformation martensitique requise pour la dureté. Ces aciers contiennent normalement plus de 0.40 % de carbone et le niveau de dureté du matériau se situe entre 56 et 65 HRC. Cependant, des aciers à faible teneur en carbone tels que le 8620 peuvent également être utilisés, mais avec une dureté inférieure d'environ 40 à 45 HRC. Les aciers à faible teneur en carbone comme 1008, 1010, 12L14 et 1117 ne sont pas utilisés car ils ne présentent pas une grande augmentation de dureté.
Aciers alliés
En effet, les aciers alliés contiennent des éléments supplémentaires qui les rendent plus adaptés aux traitements thermiques par induction que les aciers au carbone ordinaires. Parmi ceux-ci, l'acier 1045 est le plus utilisé car il peut être facilement usiné, peu coûteux et peut être trempé pour atteindre une dureté de 58 HRC et plus avec une teneur en carbone de 0.45 %. De plus, l'acier 1045 a moins de risques de se fissurer pendant le processus de durcissement par rapport aux autres matériaux. Certains autres aciers alliés fréquemment utilisés sont les 1141/1144, 4140, 4340 et ETD150.
Fers moulés
Un autre groupe de matériaux couramment utilisés dans le processus de traitement par induction comprend les fontes. Ils sont sélectionnés en fonction de leur capacité à offrir une dureté et une résistance à l'usure élevées en surface, mais sont plus ductiles au centre.
Métaux en poudre
Les métaux en poudre peuvent également être trempés par induction, ce qui constitue une méthode plus flexible pour produire des pièces aux géométries complexes et aux caractéristiques mécaniques adaptées à leur utilisation.
Aciers inoxydables
Dans certaines industries, certaines qualités d’acier inoxydable sont utilisées pour le durcissement par induction. Bien qu’ils ne soient pas largement utilisés par rapport aux aciers au carbone et alliés, ces matériaux peuvent être améliorés grâce au processus visant à améliorer la dureté et l’usure de la surface.
Le choix des matériaux pour le durcissement par induction est déterminé par la teneur en carbone et autres éléments d'alliage qui affectent la trempabilité du matériau et la dureté requise après le traitement.
Avantages du durcissement par induction
Le durcissement par induction présente plusieurs avantages, mais il présente également certains inconvénients. Son principal avantage est qu’il est très efficace et rapide, ce qui est idéal pour les organisations disposant de grandes lignes de production. De plus, cela prend moins de temps que d'autres processus de traitement thermique tels que la cémentation ou la nitruration. De plus, il est rentable car il ne nécessite pas de matériaux supplémentaires comme des bains de sel ou des réservoirs de gaz et offre une finition uniforme sur l'ensemble de la pièce.
Un autre avantage est la flexibilité de la dureté des pièces après le processus de trempe par induction par revenu. Il augmente également la dureté, la durabilité et la capacité du métal à résister à l'usure, ce qui le rend adapté aux pièces soumises à une pression ou à un frottement. De plus, cela augmente la limite d'endurance, réduisant ainsi les risques de défaillance sous des charges cycliques.
Cependant, le durcissement par induction présente certaines limites. Il est principalement utilisé pour les matériaux ferreux, ce qui limite son utilisation avec d'autres matériaux. Il existe également un risque de déformation ou de déformation des pièces si elles ne sont pas manipulées correctement ou si elles ne sont pas correctement refroidies pendant le processus. Comparé à d’autres méthodes, le coût d’acquisition et d’entretien de l’équipement de durcissement n’est peut-être pas très élevé, mais cela reste un coût.
De plus, en raison des vitesses élevées de chauffage et de refroidissement pendant l'induction, des fissures de durcissement peuvent parfois apparaître à la surface de la pièce. Les paramètres du processus doivent donc être bien contrôlés. Les opérateurs ont également besoin de formation et de compétences pour garantir une manipulation et un contrôle appropriés du début à la fin du processus. Cependant, les avantages l’emportent généralement sur les inconvénients et c’est pourquoi la méthode est largement utilisée dans divers processus de fabrication.
Inconvénients du durcissement par induction
Cependant, le traitement thermique par induction présente certains inconvénients dont il faut tenir compte avant d’opter pour cette méthode. La principale limitation est qu’il ne peut être utilisé que sur des matériaux ferreux tels que le fer et l’acier. Cette limitation est due au fait qu’il utilise un champ magnétique pour produire de la chaleur et que seuls les métaux ferreux sont influencés par les champs magnétiques. Le durcissement par induction n'est pas possible pour les matériaux non magnétiques tels que l'aluminium et le cuivre, qui sont classés parmi les métaux non ferreux.
Un autre inconvénient est que le procédé a un coût d’exploitation élevé par rapport aux autres méthodes de durcissement. Bien qu’elle soit moins coûteuse en termes de matériel et de main d’œuvre par rapport à certaines techniques de traitement thermique, les machines utilisées dans le processus augmentent le coût. En outre, l’utilisation de l’électricité au lieu des combustibles conventionnels peut entraîner des coûts d’exploitation élevés à long terme en raison des frais de consommation d’énergie.
Le durcissement par induction a également ses limites. La taille et la forme de la bobine d'induction doivent correspondre à la pièce à chauffer. Des bobines standard pour traiter des objets ronds tels que des arbres et des rouleaux sont généralement disponibles, mais pour certains travaux, des bobines spéciales peuvent être nécessaires, augmentant ainsi la difficulté et le coût.
En outre, l'exigence d'équipement est une contrainte car tous les fournisseurs de traitement thermique n'ont pas accès ou ne proposent pas d'équipement de durcissement par induction. Le coût de cet équipement peut être élevé au départ et les opérateurs devront peut-être suivre une certaine formation pour utiliser correctement l'équipement.
De plus, elle convient normalement aux matériaux plus fins car elle nécessite de chauffer la surface des matériaux. Les matériaux plus épais peuvent ne pas chauffer uniformément, ce qui peut entraîner des problèmes tels qu'une dureté inégale ou même des fissures. Ces limites soulignent le fait qu’il est nécessaire de considérer et d’évaluer si le processus est applicable ou non à un certain processus.
Essayez Prolean maintenant !
Trempe par induction vs. Cémentation : différence clé
Le durcissement par induction et la cémentation sont deux procédés de traitement thermique identiques utilisés aujourd’hui dans les industries. Les deux procédés visent à durcir la couche externe des pièces ; cependant, les deux processus ne sont pas identiques. Voici un aperçu plus approfondi de leurs distinctions :
Cémentation
Manipulation des pièces
L’une des principales distinctions peut être observée dans la manière dont ils abordent les pièces. La cémentation est effectuée sur plusieurs pièces à la fois ; en trempe par induction, les pièces sont réalisées une par une. Cela conduit à une approche « lot par lot » pour la cémentation et à une approche plus précise, orientée pièce, pour la trempe par induction.
Intégration de la fabrication
La cémentation implique normalement d'autres activités organisationnelles pour déplacer les pièces entre la chaîne de production et le processus de trempe. D’un autre côté, le durcissement par induction peut être facilement intégré à la ligne de production elle-même, qui utilise une machine de trempe dans le cadre de la ligne de production.
Techniques de traitement
La cémentation utilise la chaleur et la chimie pour démarrer une réaction thermochimique, tandis que les traitements par induction utilisent l'énergie électromagnétique pour induire en partie un courant alternatif, chauffant uniquement la surface. Il s’agit d’un processus de chauffage sans contact induit électromagnétiquement et dirigé vers la surface de la pièce.
Recettes
Le durcissement par induction convient aux applications dans lesquelles il est nécessaire de durcir des zones spécifiques d'un composant, par exemple les vilebrequins et les dents d'engrenage. En revanche, la cémentation est plus appropriée pour les grandes pièces qui doivent être traitées thermiquement par lots et où les formes complexes ne sont pas aussi importantes pour le processus de trempe.
Trempe à la flamme ou trempe par induction : principales différences ?
Le durcissement à la flamme et le durcissement par induction sont deux méthodes différentes de durcissement de surface utilisées dans les procédures de travail des métaux. Le durcissement à la flamme est le processus consistant à chauffer la surface d'une pièce avec une flamme oxyacétylène et à la tremper avec de l'eau froide. Cette méthode est largement utilisée pour les grandes pièces comme les dents d’engrenage, les tambours de frein, les essieux, les cames et les vilebrequins. D'autre part, le chauffage par induction consiste à utiliser un champ électromagnétique pour chauffer la surface de la pièce à travers une bobine via un courant haute fréquence. Il est généralement utilisé sur de petits composants tels que les engrenages, les vilebrequins et les arbres à cames en raison de ses caractéristiques de chauffage localisées.
Durcissement à la flamme
Une autre différence significative est que les processus de traitement de ces méthodes sont différents. Le durcissement à la flamme, en revanche, confère à la pièce une dureté uniforme sur toute la surface, tandis que le durcissement par induction ne durcit que certaines zones de la pièce. Cette différence en fait un meilleur choix lorsque seules certaines régions du matériau doivent être durcies, offrant ainsi un meilleur contrôle du processus.
De plus, le processus d'application du durcissement à la flamme implique l'utilisation d'une flamme et une main-d'œuvre qualifiée car il existe un risque d'endommager la pièce. Cependant, dans le cas du durcissement par induction, des opérateurs non qualifiés peuvent le réaliser car cela n'endommage pas le matériau, ce qui le rend adapté aux processus de fabrication.
Par conséquent, le durcissement à la flamme et le durcissement par induction ont tous deux leurs avantages et leurs inconvénients, et le choix entre les deux dépend de la taille de la pièce, de la zone à durcir, de l'uniformité et du niveau de compétence de la main-d'œuvre. Les deux méthodes ont leurs avantages et leurs inconvénients qui doivent être pris en compte en fonction des besoins d’une entreprise manufacturière.
Essayez Prolean maintenant !
Conclusion
Induction durcissante est le processus consistant à chauffer un matériau par chauffage par induction jusqu'à une certaine température, puis à le refroidir immédiatement avec un agent de trempe. Ce processus de refroidissement rapide conduit à la formation d’une microstructure dure et compacte du matériau. Le chauffage par induction permet de chauffer des zones spécifiques, contrôlant ainsi le processus de durcissement et le rendant reproductible. Généralement, les traitements thermiques par induction sont utilisés sur des pièces métalliques susceptibles de subir une forte usure superficielle tout en conservant les autres propriétés du matériau.
Lorsque l’intention est d’augmenter les propriétés mécaniques comme la dureté, la méthode de traitement recommandée est le durcissement par induction. Dans les applications où une meilleure adhérence, une meilleure résistance à l’abrasion, à la chaleur et aux acides sont souhaitées, Prolean Tech semble être un meilleur choix. Nous fournissons également des services de prototypage, de la production à petite échelle à la production en grands lots. Vous êtes invités à nous contacter et à explorer notre service de traitement thermique pour répondre à vos exigences.
0 Commentaires