La trempe est un procédé de traitement thermique utilisé pour modifier les propriétés mécaniques de pièces métalliques forgées, moulées ou soudées. Il consiste à chauffer une pièce pour modifier sa microstructure et ses propriétés, comme la dureté, la résistance et la ténacité. La pièce est ensuite refroidie dans un milieu (eau, huile, solution à base de polymère ou air) qui dépend du matériau et des propriétés attendues.
Ce procédé est couramment utilisé pour durcir et renforcer des pièces pour les secteurs de l’automobile et de l’aéronautique telles que les bagues, les engrenages, les arbres et autres pièces de transmission. Il est également utilisé dans le secteur de la construction pour éviter les distorsions des barres et des tiges et dans le secteur de l’énergie (par exemple, les couronnes laminées sans soudure).
Simulation de l'évolution de la température pendant la trempe à l'huile d'une vilebrequin monocylindre. Courtoisie d'AMW.
Lors du traitement thermique, les températures et les vitesses de refroidissement sont des facteurs essentiels pour fabriquer des pièces métalliques forgées ou moulées. Ces facteurs déterminent la plupart des caractéristiques finales du matériau. La simulation numérique est un excellent outil pour comprendre ces résultats et les optimiser.
Pour être aussi proche que possible de la réalité, SIMHEAT® intègre un modèle qui couple les phénomènes thermiques, mécaniques et métallurgiques. Plus d’informations
Ainsi, il prend en compte les comportements à l’état solide et intègre les lois de coefficient d’échange thermique en fonction de la température en surface ou du temps.
Pour la trempe, le coefficient d’échange thermique dépend de la température de la pièce, du milieu de refroidissement, de l’agitation du bain et de nombreux autres paramètres. Le procédé de trempe fait intervenir différentes phases d’ébullition. Dans SIMHEAT®, le phénomène d’ébullition est pris en compte en utilisant un coefficient d’échange thermique qui dépend de la température de la pièce.
Distribution de la température lors de la trempe d’un engrenage conique avec SIMHEAT®
La simulation numérique permet d’optimiser votre procédé et de déterminer les meilleurs paramètres pour obtenir les caractéristiques finales souhaitées. Pour renforcer la stabilité et l’efficacité du procédé, la simulation permet de tester plusieurs conditions de trempe, notamment la durée du cycle de chauffage, les coefficients d’échange thermique, les courbes de refroidissement, le temps de trempe, la nature du bain, etc.
SIMHEAT® vous permet de :
Prédiction de différents phénomènes pendant la trempe d'un engrenage.
Haut-gauche : Martensite / Haut-droite: Dureté /
Bas-gauche : Contraintes de Von Mises / Bas-droite: Contraintes équivalentes
TTT and CCT diagram generator
t(T) est le temps requis pour la transformation commençant à la température T.
La loi de Johnson-Mehl Avrami est utilisée pour calculer la fraction de ferrite, perlite ou bainite transformée.
Où :
Le modèle isotherme est couplé pour prendre en compte les aspects non isothermes du refroidissement. Les transformations martensitiques sont prédites par la loi de Koistinen-Marburger. La fraction de martensite en volume est fonction de la température. La transformation martensitique débute lorsque l’austénite instable passe en dessous d’une température seuil MS (Martensite Seuil). La transformation métallurgique est couplée au calcul thermique par l’enthalpie de transformation de chaque phase.
Comme l’aluminium présente une faible densité, il doit souvent être traité thermiquement pour atteindre les propriétés mécaniques requises. La trempe et le vieillissement artificiel sont adaptés à ce matériau et SIMHEAT® propose deux modèles pour effectuer une simulation prédictive : un modèle phénoménologique et un modèle thermomécanique.
Transvalor et Quaker Houghton, l’un des principaux fabricants de fluides pour procédés industriels dans les secteurs des métaux primaires et du travail des métaux, collaborent sur des projets communs afin d’améliorer les performances des fluides de trempe et des lubrifiants.
Grâce à cette collaboration, Transvalor peut améliorer en continu les prédictions des simulations de traitement thermique effectuées avec SIMHEAT®.
EN SAVOIR PLUS SUR CE PARTENARIAT >