Matériaux & Procédés
Lors d’un durcissement par trempe après chauffage par induction des aciers et des fontes, des défauts et anomalies peuvent apparaître. Cette première partie propose de les recenser et d’en expliquer les origines. Le deuxième volet de cet article, qui paraîtra dans le prochain numéro, présentera les facteurs d’influence possibles sur l’apparition de défauts.
Les aciers pour durcissement par trempe après chauffage superficiel au chalumeau ou par induction sont désormais inclus dans la dernière version de la norme NF EN 10083. Examen des données spécifiques aux nuances à trempe par induction ou au chalumeau.
Le traitement dit de « trempe et revenu » est le traitement thermique complet qui doit donner à un acier ses caractéristiques mécaniques optimales en vue de son emploi.
Les techniques de magnétisation sont multiples. Outre celle par passage de courant direct, la magnétisation par champ tournant en chambre sans contact et la magnétoscopie par courant induit permettent également de s’affranchir totalement ou de réduire le risque d’arc électrique.
La caractérisation mécanique par indentation d’une couche modifiée par diffusion nécessite une étude dans une section droite qui s’obtient après découpe et polissage de la pièce. Cette étude est souvent longue et fastidieuse et détruit l’échantillon. C’est pourquoi, l’objectif est d’analyser la zone décarburée à partir de mesures en indentation prises perpendiculairement à la surface modifiée. Pour cela, un modèle est proposé permettant de reconstruire le profil de dureté à condition qu’il soit mathématiquement représenté par une loi exponentielle simple. Ce modèle est également basé sur l’expansion sous forme hémisphérique de la zone de déformation plastique générée sous l’indenteur. Un critère est ainsi défini pour estimer la profondeur totale de décarburation à partir de l’indentation normale à la surface. Les validations du modèle de dureté et du critère de décarburation sont obtenues sur un acier décarburé dans quatre situations visant des teneurs superficielles en carbone comprises entre 0,1 et 0,4 % pour une teneur initiale de 0,54 %.
La corrélation d’un essai de dureté à un autre essai de dureté est affectée par les propriétés du matériau, qui peuvent changer indépendamment de la dureté. D’où l’idée de tables de correspondance par familles les plus homogènes possible.
Aujourd’hui, les entreprises du secteur mécanique ont besoin d’utiliser les matériaux au maximum de leurs caractéristiques mécaniques, tout en minimisant les coûts de production et d’exploitation. La maîtrise des contraintes résiduelles constitue un enjeu décisif pour les industriels. Celles-ci doivent être déterminées et maîtrisées non seulement au cours de la fabrication des produits pour optimiser les procédés, mais aussi dès le stade de la conception afin de garantir une bonne stabilité dimensionnelle en cours de fabrication.
Les traitements thermiques dits d’adoucissement doivent conférer aux aciers des caractéristiques de résistance mécanique faibles pour faciliter leur mise en œuvre. Rappel des différentes méthodes.
Sur les ensembles de freinage de trains passagers et de trains fret, de nombreux paliers lisses sont utilisés sur les tringleries permettant d’actionner les systèmes de freinage. Ces articulations sont soumises à des conditions de fonctionnement extrêmement sévères : charges statiques élevées, abrasion, corrosion, vibrations… qui engendrent des problèmes fonctionnels importants tels que des pertes d’efficacité du freinage et des besoins de maintenance importants. Afin de répondre à cette problématique, nous avons étudié la conception d’une nouvelle articulation de frottement (axe + bague) basée sur l’association d’un traitement de surface duplex et d’une topographie de surface spécifique.
Pièces d’usure et de sécurité, les roues de chemin de fer doivent supporter des sollicitations importantes en service, en termes de charge et de vitesse. Pour cela, le dimensionnement métallurgique joue un rôle tout aussi important que le dimensionnement mécanique. Les roues sont réalisées en acier au carbone. Point clé du processus de fabrication, le traitement thermique, associé à la chimie du métal, permet d’obtenir les caractéristiques mécaniques et la structure métallurgique requises par le service. Ce traitement thermique est composé d’une trempe à l’eau par aspersion de la jante suivie d’un revenu. Le traitement réalisé en continu dans une installation automatique est optimisé au niveau thermique afin d’optimiser la consommation en énergie et le temps de cycle du produit. Une optimisation des éléments résiduels et des paramètres de traitement thermique permet de répondre à propriétés souvent antagonistes comme une dureté élevée pour la résistance à l’usure et une bonne ténacité pour une résistance à la fissuration brutale.