Par Matthias Rink - Ipsen International GmbH
Dans de nombreux processus de traitement thermique (par exemple, la trempe ou la cémentation), la transformation en une structure martensitique joue un rôle essentiel. Cette transformation entraîne l'augmentation de la dureté. Pour obtenir cette transformation martensitique, les composants/lots doivent être rapidement trempés de la température de durcissement (généralement 850-900 °C) à une température de 60-80 °C (généralement). La durée disponible pour cela dépend de la composition chimique du matériau (proportions des éléments d'alliage) et de la taille du composant.
En termes simples, plus la teneur en éléments d'alliage augmente, plus la trempe peut être longue, de même que la transformation martensitique (martensitische umwandlung). La figure 1 présente une courbe de refroidissement correspondante (refroidissement rapide [schnell kühlung]). Cependant, si la trempe dure trop longtemps, aucune transformation martensitique n'a lieu. Au lieu de cela, une structure ferritique/bainitique (ferritisch/bainitische) se développe, qui ne peut pas atteindre les valeurs de dureté requises. Les raisons de ce phénomène peuvent être une teneur en éléments d'alliage trop faible (et éventuellement un mauvais matériau) ou une modification de la taille/densité du composant ou du lot. Les composants plus grands/plus lourds ont une capacité thermique plus élevée et ont donc besoin d'un temps plus long pour transférer la chaleur au liquide de refroidissement (généralement de l'huile, du sel ou du gaz). Figure 1 (refroidissement lent [langsame kühlung]).
Dans le cas de lots comportant de nombreuses couches et donc une grande surface de composants, l'huile de trempe se réchauffe en traversant le lot. Cependant, plus l'huile de trempe est chaude, moins la chaleur peut être transférée et ralentit donc le processus de trempe des composants dans les couches supérieures. Dans ce cas, une distribution inégale des valeurs de dureté peut se produire du bas (valeurs de dureté plus élevées dues à une huile plus froide) vers le haut (valeurs de dureté plus faibles dues à une huile plus chaude).
Pour résoudre ce problème, l'effet de trempe doit être augmenté afin d'obtenir la structure souhaitée et/ou les valeurs de dureté uniformes requises sur l'ensemble du lot. Cependant, étant donné que dans la plupart des cas, la conception du bain d'huile lui-même (capacité et profondeur de la couverture d'huile) et la qualité de l'huile ne peuvent pas être modifiées, la seule possibilité est de changer la vitesse du circulateur du bain d'huile (dans ce cas, de l'augmenter). Dans les systèmes de fours conventionnels déjà installés, il n'existe que trois options pour la vitesse de circulation de l'huile :
- Pas de circulation
- Circulation lente (environ 750 U/min)
- Circulation rapide (environ 1200 U/min)
En outre, la puissance des moteurs pour la circulation de l'huile est généralement relativement faible (environ 2,5 kW).
Afin de pouvoir réaliser une amélioration significative, Ipsen a développé le Super Quench® Conception du bain d'huile. Le SuperQuench est un bain d'huile légèrement plus profond dans lequel l'huile s'écoule par des canaux de guidage et de bas en haut à travers la charge. Comme les canaux de guidage situés sous la charge se terminent dans un registre (voir figures 2 et 3) qui correspond exactement à la surface de base de la charge, on peut garantir que l'huile de trempe s'écoule uniformément à travers la charge et ne s'écoule pas inutilement sur le côté.
La puissance du moteur du circulateur à bain d'huile a également été augmentée de manière drastique pour atteindre 7,5 kW par moteur. Outre l'augmentation de la puissance du moteur, les vitesses de circulation peuvent également être ajustées en continu jusqu'à 1500 tr/min (et même 1800 tr/min pendant une courte période), de sorte que la vitesse de trempe optimale peut être programmée segment par segment dans le logiciel Ipsen Carb-o-Prof.® 4 pour chaque composant/lot.
Même avec le SuperQuench, la trempe doit être réalisée aussi rapidement que nécessaire (afin d'atteindre les exigences de dureté de la pièce), tout en étant effectuée aussi lentement que possible (afin d'éviter les inévitables contraintes thermiques induites et donc de minimiser les distorsions).
Comme nous l'avons déjà mentionné plus haut, l'utilisation du SuperQuench entraîne une augmentation du débit d'huile dans le lot avec une égalisation simultanée du débit dans la section transversale du lot (voir la figure 5).
Cela signifie que, d'une part, les composants fabriqués à partir d'aciers relativement faiblement alliés peuvent encore être durcis de manière martensitique et, d'autre part, de bons résultats peuvent également être obtenus dans les couches supérieures d'un lot (là où "seulement" 3-4 couches pouvaient être chargées avec des bains de trempe conventionnels, il s'agit maintenant de 5-6 couches). C'est précisément cette possibilité qui augmente le débit du système de four et accroît considérablement la productivité.
En résumé, on peut dire qu'en utilisant l'Ipsen SuperQuench, l'intensité et l'uniformité de la trempe peuvent être augmentées, ce qui conduit à de meilleurs résultats de trempe avec une meilleure uniformité et éventuellement à une augmentation de la productivité. Grâce à la vitesse variable des moteurs de circulation d'huile, les valeurs de dureté des composants à traiter peuvent être optimisées et les distorsions peuvent être minimisées. Grâce au convertisseur de fréquence et à une programmation adaptée, le besoin énergétique total du bain de trempe est encore plus faible, malgré la puissance plus élevée du moteur du circulateur de bain d'huile.
Nous serions heureux de vous conseiller plus en détail sur les différentes possibilités qu'offre le système SuperQuench pour les fours à chambre, afin que vous puissiez faire le bon choix. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter à l'adresse suivante marketing@ipsen.de.
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