La déformation, thème central d’ECHT QDE 2021

La conférence européenne ECHT2021 sur le traitement thermique s'est récemment tenue en ligne. Elle était entièrement consacrée à l'ingénierie de la déformation. Les changements dimensionnels et les déformations sont inévitablement associés au traitement thermique du métal. Ils doivent toujours être pris en compte dans la pratique industrielle. Voici le compte-rendu de cet événement en ligne.

Cette année, la conférence de deux jours était organisée par l'AWT allemand et se divisait en neuf sessions thématiques. Voici un récapitulatif des principales présentations :

Lors de la présentation keynote, Eva Troell de RISE a présenté les possibilités et les avantages de la trempe au gaz. Les constructeurs de fours ALD (Allemagne) et ECM (France) en ont également fait la démonstration avec leurs systèmes commerciaux modulaires, illustrant leur propos avec des applications typiques telles qu'un engrenage à denture interne. Le type de gaz de trempe, ainsi que la pression et la vitesse de rotation du ventilateur dans le four, influent sur la vitesse de trempe et donc sur le résultat final.

Le thème de la trempe (« quenching ») a lui aussi été largement abordé, par exemple dans le cas de la trempe inductive de paliers de roulement lourds (Université de Rostock). L'étude des jets d'eau pour la trempe a ensuite été modélisée pour obtenir le refroidissement le plus optimal d'une tôle plate.

Lors d'une présentation suivante, Scott Mc Kenzie, expert en trempe, a donné une intéressante vue d’ensemble des phénomènes qui se produisent lors de la trempe dans un milieu liquide. Il a également montré l'approche physique du processus de convection complexe utilisant des paramètres sans dimension, tels que le nombre de Nusselt et le nombre de Reynolds, ainsi que leurs interrelations.

Les performances des différents types d'huiles de trempe ont été abordées en détail par Burgdorf GmbH. Outre les huiles minérales, les huiles synthétiques sont les plus utilisées. Toutefois, de nouvelles évolutions, comme les huiles végétales et les huiles renouvelables basées sur la biomasse, font leur apparition. Cependant, ces huiles sont généralement moins performantes que les huiles classiques en raison d'une stabilité moindre.

Le TH Cologne a démontré l'influence d'un potentiel électrique sur le comportement de trempe d'une tige d'aluminium. Ceci a permis d’accélérer la phase de cuisson pendant la trempe. 

La société britannique Phoenix a présenté un nouveau type d'enregistreur de données capable de couvrir l'ensemble du processus de traitement thermique dans un boîtier spécialement isolé, ce qui permet d'enregistrer la température in situ.   

Dans la partie consacrée aux procédés, une grande attention a été accordée à la trempe et au partitionnement (quenching & partitioning, QP), une variante du processus classique de trempe et de revenu (quenching & tempering, QT). Contrairement au processus QT, le QP est destiné à interrompre la transformation de la martensite, de manière à former intentionnellement de l’austénite résiduelle. Ce processus trouve une application bien connue dans l'acier TRIP, déjà employé pour certaines pièces de carrosserie automobile. Les recherches de la FH-Wels se sont concentrées sur l'acier inoxydable martensitique et l'acier expérimental à teneur moyenne en Mn.

L'influence du revenu sur les propriétés des aciers pour roulements à billes a été étudiée par IWT Bremen. De son côté, la société HEESS a étudié la trempe d'un arbre avec refroidissement par pulvérisation contrôlée. La structure qui en résulte offre une grande ductilité en plus d'une dureté relativement élevée.

Dans la section consacrée à l'étude de la déformation, IWT Bremen a proposé une nouvelle méthode pour cartographier la déformation au moyen de nombres complexes (vecteurs). Cette méthode a pu être appliquée avec succès à un anneau en acier massif.

IWT Bremen a en outre proposé une méthode permettant de compenser la déformation pendant le traitement thermique d'un pignon en acier par des ajustements dimensionnels. Elle a comparé différentes méthodes de trempe (huile, bain de sel et gaz) et a constaté, comme prévu, une très faible déformation dans le cas de la trempe au gaz.

Lors d’une présentation, le professeur Fechte-Heinen, d'IWT, a fourni une vue d’ensemble de tous les facteurs qui contribuent à la déformation. Les asymétries géométriques, la ségrégation et les contraintes résiduelles, ainsi que le flux de gaz, contribuent à la déformation finale. L'importance du refroidissement 4D au gaz a été illustrée par rapport au refroidissement à l’huile.

La machine « inductive fixture hardening » d'EMA constitue une solution potentielle pour la déformation des engrenages cémentés. Les pièces y sont chauffées par induction après la cémentation classique, puis refroidies avec une solution polymère dans un moule serré. Ensuite, les pièces font l’objet d’un revenu par induction. Le serrage assure une grande stabilité dimensionnelle et une faible oxydation en cas d’emploi d’un gaz de protection.

La société Bosch a étudié la déformation de colonnes de direction asymétriques pour voitures après une trempe par induction. En ajustant les paramètres, il est possible de réduire la courbure sans recourir à une visée mécanique.

La société américaine Dante a présenté un logiciel permettant de contrôler le refroidissement d'une pièce et de maintenir la déformation dans des limites étroites.

L'effet TRIP mentionné ci-dessus a également été abordé par la suite dans le cas d’échantillons d’acier par la métallurgie des poudres par le KIT en Allemagne. Il a été démontré que le carbone, l'azote et la densité influencent la plasticité.     

Conclusion

Cette conférence a permis d’aborder différents aspects de la trempe et de la déformation après durcissement. L'utilisation croissante de la trempe à haute pression dans les fours à vide, l'amélioration des milieux de trempe et la surveillance de paramètres tels que la température, la circulation du bain, etc. sont autant d'éléments importants dans ce contexte.

La simulation numérique de la déformation a été traitée dans une mesure plus faible que prévu. Manifestement, cette année, une attention accrue a été accordée aux paramètres de réglage pendant le processus de trempe et à leur impact sur le résultat de la trempe.

Les textes des présentations sont disponibles à la demande auprès de l'auteur.

Cet article a été réalisé avec le soutien financier de VLAIO dans le cadre du projet Cornet DCT4Cut.