Prévision par calcul des cinétiques de transformations de phases et des contraintes internes lors du traitement thermique d'aciers cémentés

par Alain Mey

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Sabine Denis.

Les rapporteurs étaient André Bernard Vannes, Roland Fortunier.


  • Résumé

    Dans cette étude, nous avons développé un modèle de calcul des évolutions de température, de cinétiques de transformations de phases et de contraintes internes au cours du traitement thermique superficiel d'un cylindre massique présentant un gradient de teneur en carbone. Pour valider le modèle nous avons effectué différents traitements thermiques sur des cylindres massifs cémentés. Nous avons montré que le modèle permet une prévision satisfaisante des microstructures et des duretés dans un cylindre cémenté soumis à une trempe au gaz ou à un traitement thermique superficiel. Concernant les profils de contraintes résiduelles, nous avons noté des écarts assez importants entre les niveaux de contrainte calculés et expérimentaux. Nous les avons rattachés à la difficulté de prévoir de façon très précise les champs de température au cours du traitement et d'autre part à la non prise en compte dans le modèle de l'auto revenu de la martensite et des variations de composition chimique de l'austénite au refroidissement. Néanmoins, nous avons mis en évidence que le calcul prévoit bien les tendances observées expérimentalement. En particulier, pour les traitements thermiques superficiels, l'augmentation des niveaux de contraintes de compression maximaux dans la zone durcie et l'augmentation de l'écart entre le niveau maximal et le niveau de contrainte en surface quand le refroidissement est plus rapide est bien traduit par le calcul. Cet écart a été rattaché à la présence d'austénite résiduelle. Les simulations numériques ont montré que, pour un traitement thermique superficiel, les contraintes de compression augmentent lorsque le refroidissement est plus rapide. Ce phénomène est rattaché à l'augmentation des déformations plastiques générées dans l'austénite au cours du refroidissement du aux gradients thermiques. Nous avons montré que pour obtenir des niveaux de contraintes de compression proches de la limite d'élasticité du matériau, il est nécessaire d'assurer des vitesses de refroidissement bien supérieures aux vitesses critiques de trempe de l'acier. Nous avons ainsi déterminé une vitesse critique mécanique nécessaire à l'obtention d'un niveau prédéterminé de contraintes de compression.

  • Titre traduit

    Calculation of phase transformation kinetics and internal stresses during heat treatment of case hardened steels


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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 91 réf.

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