Étude des effets des paramètres du procédé de traitement thermique par induction sur le profil de dureté et sur les contraintes résiduelles - Application aux engrenages hélicoïdaux en acier 4340

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Malgré les avantages qu’offre le procédé de traitement thermique par induction, les compagnies aéronautiques et automobiles ont besoin, tout d’abord, de confirmer que le procédé est capable de produire des composantes aussi performantes que celles développées par les procédés thermochimiques tels que la cémentation et la nitruration. L’état actuel des connaissances et du savoir-faire oblige les manufacturiers à développer leurs composantes mécaniques en se basant sur les méthodes par essais et erreurs. Les efforts au niveau de la simulation restent un moyen important pour la compréhension du procédé. Toutefois, les modèles numériques développés sont spécialisés et ne peuvent pas être généralisés pour développer toutes les composantes mécaniques en service. En effet, l’aspect multi-physique du procédé et les interactions entre les champs électromagnétique et thermique affectent grandement le comportement du procédé. De plus, plusieurs facteurs telles que les paramètres du procédé et les propriétés du matériau ont une importance majeure sur le comportement global. Finalement, les performances en fatigue des engrenages hélicoïdaux traités thermiquement par induction n'ont jamais été analysés en profondeur de façon à déceler la relation entre ces performances, le profil de dureté et les contraintes résiduelles. Le présent programme de recherche a pour but d'étudier les effets des paramètres du procédé de traitement thermique par induction sur le profil de dureté et sur les contraintes résiduelles pour des engrenages hélicoïdaux en acier 4340. Pour réaliser l'ensemble de projets, le premier objectif permet de mettre en place des modèles numériques 3D couplant les courants de Foucault et le transfert de chaleur. Le second objectif est de mener une étude statistique systématique pour étudier les effets électromagnétiques, et les effets des facteurs géométriques et des propriétés du matériau sur le profil de dureté et sur les contraintes résiduelles. Le troisième objectif consiste à conduire une campagne exhaustive d’essais expérimentaux pour couvrir une étendue importante de variation des paramètres du procédé et pour développer une solide base de données expérimentales. Le quatrième objectif est de développer des modèles de prédiction du profil de dureté et des contraintes résiduelles en fonction des paramètres du procédé et des facteurs dimensionnelles reliés à l’inducteur et à la roue traitée. Le cinquième objectif permet de mener une campagne de tests de performances sur le banc d’essai à flexion simple afin d’étudier l’effet des paramètres du procédé sur la durée de vie en fatigue. Le sixième et dernier objectif est de conduire une analyse exhaustive afin de comparer les résultats de simulation aux tests expérimentaux, caractériser la robustesse des modèles développés et définir l’écart entre la théorie et la pratique.