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

摘要

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.