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Prédiction de la dureté et de la profondeur de la zone de sur-revenu lors d'une chauffe rapide par induction d'un acier 4340 trempé revenu

Ducassy, Christophe (2010). Prédiction de la dureté et de la profondeur de la zone de sur-revenu lors d'une chauffe rapide par induction d'un acier 4340 trempé revenu. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La présente étude concerne les cinétiques d’adoucissement de la martensite lors d’un traitement thermique de trempe par induction de l’acier AISI 4340. La trempe par induction est utilisée dans l’industrie car elle permet de durcir superficiellement des dents d’engrenages de façon propre et en un temps très court. La très grande majorité des traitements de durcissement par induction sont faits sur des structures ferrito-perlitique de faible dureté. Toutefois, dans cette étude, le matériau initial est à l’état martensitique revenu et possède une dureté entre 400 et 450 Hv afin d’améliorer les propriétés mécaniques du centre de la pièce. Métallurgiquement, cela implique une grande différence entre ces deux cas, la structure ferrito-perlitique est thermodynamiquement stable, alors que la martensite est métastable. À cause de la température excessive atteinte dans la zone située en-dessous de la couche trempée, la martensite s’y d’adoucit lors du traitement par induction, on l’appelle alors la zone de sur-revenu. En effet, cette couche (martensitique) est portée à très haute température sans subir d’austénitisation, elle tend alors vers un état plus stable, composé de ferrite et de cémentite. Ce retour vers l’équilibre thermodynamique implique une perte de dureté. Le but de cette étude est alors de prédire la profondeur affectée et de quantifier la perte de dureté en cette zone de sur-revenu en fonction d’un cycle thermique donné, c’est-à-dire un cycle très court à une température très élevée. Lors d'une campagne d'expérience, l’influence du temps, de la température, ainsi que de la dureté/microstructure initiale sur les cinétiques d’adoucissement de cet acier faiblement allié a été étudiée. Les abaques ainsi obtenus ont été décrites à l'aide de 3 modèles différents puis implémentés dans une simulation par éléments finis afin de comparer des duretés calculées de la zone de sur-revenu avec les duretés réelles.

Titre traduit

Prediction of the hardness and the depth of the overtempering area during rapid induction heating of a quenched-tempered 4340 STEEL

Résumé traduit

The present work concerns the kinetics of hardness loss during induction heat treating of a AISI 4340 steel. Induction hardening is used in industry as it allows superficial hardening of parts in a very short time and it is “green” manufacturing process. The vast majority of induction hardening is done on ferrite-pearlite structures and low core hardness. However, in this study, the core material is a tempered martensite with hardness of 400-450 Hv for mechanical purposes. Metallurgically, there is a big difference between these two cases as ferrite-pearlite structure is thermodynamically stable, whereas martensite is metastable. Because of the excessive temperature experienced just below the transformed region, the martensite of this region softens and this region is qualified as “over-tempered”. Indeed, this martensitic layer is heated to very high temperature levels without being austenitized and tends to a stable state, i.e., ferrite with dispersed carbides. This return to equilibrium leads to hardness loss. The aim of this study is to predict the affected depth and to quantify the final hardness of this over-tempered zone according to a given thermal cycle, i.e. very short times and high temperatures. Thanks to an experience campaign, the influence of time, temperature and hardness / initial microstructure on the kinetics of softening of the low alloy steel has been studied. Abacus obtained were described using 3 different models and then implemented in a FEM simulation to compare the calculated hardness of the over-tempering area versus the real hardness.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [147]-151.
Mots-clés libres: Acier Traitement thermique Modèles mathématiques. Martensite. Revenu (Métallurgie) cinétique, durcissement, induction, martensite, revenu, sur-revenu
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 19 août 2010 20:56
Dernière modification: 18 janv. 2017 22:35
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/262

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