Simulation numérique de la chauffe par induction électromagnétique d'un disque en AISI 4340

Senhaji, Achraf (2017). Simulation numérique de la chauffe par induction électromagnétique d'un disque en AISI 4340. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le durcissement par induction est un traitement thermique de surface, qui présente de nombreux avantages par rapport aux procédés thermochimiques, tels que des traitements de cémentation et de nitruration. Ce procédé offre une combinaison attrayante de rapidité, répétabilité et contrôle. Cependant, le couplage thermo-électromagnétique rend ce traitement difficile à maitriser. Pour éviter des compagnes d’essais très couteuses en temps et en argent, les industriels s’appuient de plus en plus sur la modélisation numérique pour prédire l’historique thermique et la microstructure finale de la pièce traitée.

L’objectif du présent mémoire est de développer un modèle numérique capable de prédire la distribution de température, durant la chauffe par induction d’un disque en acier AISI 4340. Dans un premier temps, un modèle 2D axisymétrique est mis en place à l’aide du logiciel de modélisation par éléments finis COMSOL multiphysique. Le modèle numérique prend en compte le couplage thermo-électromagnétique mis en jeu dans le procédé d’induction, ainsi que le comportement non-linéaire des propriétés du matériau en fonction de la température et du champ magnétique. Ensuite, une étude de sensibilité est effectuée, afin de quantifier l’effet de la variation des propriétés du matériau sur la température à la surface. Les résultats de cette étude montrent que la perméabilité magnétique relative est la propriété qui influence le plus les températures en surface et que la variation de cette propriété a un effet important sur la distribution de température dans la pièce traitée. Finalement, en ajustant les paramètres matériau, le modèle numérique développé a pu reproduire l’historique thermique de la pièce traitée avec une très bonne précision.

Titre traduit

Numerical simulation of the electromagnetic induction heating of an AISI 4340 disc

Résumé traduit

Induction hardening is a surface heat treatment, which has many advantages compared to thermo-chemical processes such as carbonization and nitriding. This process offers an attractive combination of speed, consistency and control. However, the thermoelectromagnetic coupling makes this heat treatment hard to master. To avoid very expensive and time consuming experimental tests, industrials rely on simulations to predict the thermal history and the final structural state of the heated part.

The objective of this master thesis is to develop a simulation model able to predict the temperature distribution during the induction heating of a steel AISI 4340 disc. First, a 2D axisymetric model is set up using the multiphysic software COMSOL. The numerical model takes into consideration the thermo-electromagnetic coupling of the process as well as the non-linear behavior of material properties as function of temperature and magnetic field. Then, a sensitivity study is performed in order to quantify the effect of the material properties’ variations on the temperature at the surface. Results show that the relative magnetic permeability is the material property that most significantly influences surface temperatures. Finally, by adjusting the material properties, the developed model was able to reproduce, with a good precision, the thermal history of the heated part.

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 avec mémoire en génie aérospatial". Bibliographie : pages 88-90.
Mots-clés libres:	Acier Traitement thermique Modèles mathématiques. Chauffage par induction. Acier Propriétés thermiques. Acier Propriétés électromagnétiques. 4340, AISI, étude, expérimental, induction, simulation, paramètres matériau, étude de sensibilité, validation expérimentale
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bocher, Philippe
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	21 sept. 2017 15:04
Dernière modification:	21 sept. 2017 15:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1933

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