Chauffage à grande vitesse par système de chauffage par induction

L'un des récents développements remarquables dans le domaine du traitement thermique a été l'application de chauffage par induction à un durcissement superficiel localisé. Les progrès rendus contingents par l'application du courant à haute fréquence ont été tout simplement phénoménaux. Commençant il y a relativement peu de temps comme une méthode recherchée depuis longtemps pour durcir les surfaces d'appui sur les vilebrequins (plusieurs millions d'entre eux sont utilisés pour établir des records de service de tous les temps), trouve aujourd'hui cette méthode de durcissement de surface très sélective produisant des zones durcies sur une multiplicité de les pièces. Pourtant, malgré son champ d'application actuel, la trempe par induction en est encore à ses balbutiements. Son utilisation probable pour le traitement thermique et le durcissement des métaux, le chauffage pour le forgeage ou le brasage, ou le brasage de métaux similaires et différents, est imprévisible.

Induction durcissante aboutit à la production d'objets en acier trempé localement avec le degré de profondeur et de dureté souhaité, la structure métallurgique essentielle du noyau, la zone de démarcation et le boîtier trempé, avec une absence pratique de distorsion et aucune formation de tartre. Il permet la conception d'équipements qui garantissent la mécanisation de l'ensemble de l'opération pour répondre aux exigences de la chaîne de production. Des cycles de temps de quelques secondes seulement sont maintenus par une régulation automatique de la puissance et des intervalles de chauffage et de trempe d'une fraction de seconde indispensables à la création de résultats fac-similés de fixations spéciales exigeantes. L'équipement de durcissement par induction permet à l'utilisateur de durcir en surface uniquement la partie requise de la plupart des objets en acier et de maintenir ainsi la ductilité et la résistance d'origine ; pour durcir des articles de conception complexe qui ne peuvent pas être traités d'une autre manière ; pour éliminer les prétraitements coûteux habituels tels que le cuivrage et la carburation, et les opérations ultérieures coûteuses de redressage et de nettoyage; réduire le coût des matériaux en ayant un large choix d'aciers parmi lesquels choisir ; et pour durcir une pièce entièrement usinée sans nécessiter d'opérations de finition.

Pour l'observateur occasionnel, il semblerait que le durcissement par induction soit possible à la suite d'une certaine transformation d'énergie se produisant dans une région inductive du cuivre. Le cuivre transporte un courant électrique de haute fréquence et, dans un intervalle de quelques secondes, la surface d'une pièce d'acier placée dans cette région sous tension est chauffée à sa plage critique et trempée à une dureté optimale. Pour le fabricant d'équipements pour cette méthode de durcissement, cela signifie l'application des phénomènes d'hystérésis, de courants de Foucault et d'effet de peau à la production efficace d'un durcissement superficiel localisé.

Le chauffage est réalisé en utilisant des courants à haute fréquence. Des fréquences spécifiquement choisies de 2,000 10,000 à 100 000 cycles et plus de XNUMX XNUMX cycles sont largement utilisées à l'heure actuelle. Un courant de cette nature traversant une inductance produit un champ magnétique à haute fréquence dans la région de l'inductance. Lorsqu'un matériau magnétique tel que l'acier est placé dans ce champ, il se produit une dissipation d'énergie dans l'acier qui produit de la chaleur. Les molécules à l'intérieur de l'acier tentent de s'aligner sur la polarité de ce champ, et avec ce changement des milliers de fois par seconde, une énorme quantité de frottement moléculaire interne est développée en raison de la tendance naturelle de l'acier à résister aux changements. De cette manière, l'énergie électrique est transformée, par l'intermédiaire du frottement, en chaleur.

Cependant, comme une autre caractéristique inhérente au courant haute fréquence est de se concentrer sur la surface de son conducteur, seules les couches superficielles s'échauffent. Cette tendance, appelée « effet de peau », est fonction de la fréquence et, toutes choses étant égales par ailleurs, des fréquences plus élevées sont efficaces à des profondeurs plus faibles. L'action de frottement produisant la chaleur est appelée hystérésis et dépend évidemment des qualités magnétiques de l'acier. Ainsi, lorsque la température a dépassé le point critique où l'acier devient amagnétique, tout échauffement hystérétique cesse.

Il existe une source supplémentaire de chaleur due aux courants de Foucault qui circulent dans l'acier en raison de l'évolution rapide du flux dans le champ. La résistance de l'acier augmentant avec la température, l'intensité de cette action diminue à mesure que l'acier s'échauffe et ne représente qu'une fraction de sa valeur d'origine «froide» lorsque la température de trempe appropriée est atteinte.

Lorsque la température d'une barre d'acier chauffée par induction atteint le point critique, le chauffage dû aux courants de Foucault se poursuit à un rythme considérablement réduit. Étant donné que toute l'action se déroule dans les couches de surface, seule cette partie est affectée. Les propriétés d'origine du noyau sont conservées, le durcissement superficiel étant obtenu par trempe lorsqu'une solution de carbure complète a été atteinte dans les zones de surface. L'application continue de puissance provoque une augmentation de la profondeur de dureté, car à mesure que chaque couche d'acier est portée à température, la densité de courant se déplace vers la couche sous laquelle offre une résistance plus faible. Il est évident que la sélection de la fréquence appropriée et le contrôle de la puissance et du temps de chauffage rendront possible la réalisation de toutes les spécifications souhaitées de durcissement de surface.

Métallurgie de Chauffage par induction

Le comportement inhabituel de l'acier lorsqu'il est chauffé par induction et les résultats obtenus méritent une discussion sur la métallurgie impliquée. Des taux de solution de carbure inférieurs à une seconde, une dureté supérieure à celle produite par le traitement au four et un type nodulaire de martensite sont des points à considérer
qui classent la métallurgie de la trempe par induction comme « différente ». En outre, la décarburation de surface et la croissance des grains ne se produisent pas en raison du cycle de chauffage court.

Chauffage par induction produit une dureté qui est maintenue sur 80% de sa profondeur, et à partir de là, une diminution progressive à travers une zone de transition vers la dureté d'origine de l'acier telle qu'elle se trouve dans le noyau qui n'a pas été affectée. L'adhérence est donc idéale, éliminant tout risque d'écaillage ou de faïençage.

Une solution de carbure complète et l'homogénéité, comme en témoigne la dureté maximale, peuvent être obtenues avec un temps de chauffage total de 0.6 seconde. De ce temps, seulement 0.2 à 0.3 seconde est en fait au-dessus de la critique inférieure. Il est intéressant de noter que les équipements de trempe par induction fonctionnent quotidiennement sur une base de production avec une solution complète de carbure, résultant d'un cycle de chauffage et de trempe dont la durée totale est inférieure à 0.2 seconde.

La martensite nodulaire fine et plus homogène qui résulte de la trempe par induction est plus facilement apparente avec les aciers au carbone qu'avec les aciers alliés en raison de l'aspect nodulaire de la plupart des martensites alliées. Cette structure fine doit avoir pour origine une austénite qui est le résultat d'une diffusion de carbure plus poussée que celle obtenue avec un chauffage thermique. Le développement pratiquement instantané des températures critiques dans toute la microstructure du fer alpha et du carbure de fer est particulièrement propice à une dissolution rapide du carbure et à une distribution des constituants qui a pour produit inévitable une austentite parfaitement homogène. De plus, la conversion de cette structure en martensite produira une martensite qui possède des caractéristiques similaires et une résistance correspondante à l'usure ou à la pénétration d'instruments.

chauffage à grande vitesse par induction