Modèle pour la simulation de la trempe gazeuse haute pression
La trempe gazeuse permet d’optimiser les cycles de refroidissement des pièces traitées et offre une meilleure reproductibilité des traitements thermiques par rapport à des trempes en fluides vaporisables. Par contre, le refroidissement, que ce soit en termes de vitesse ou d’homogénéité, doit être amélioré ; des calculs numériques le permettent. Des campagnes expérimentales ont été menées et les résultats confrontés à ceux de simulations numériques. Tour d’horizon de la démarche expérimentale et exemples d’application de calculs numériques.
Figure 1. Distributions de la norme des vitesses et des vecteurs vitesses mesurées autour du cylindre (a) et profils de vitesses axiales (b) et radiales (c).
Figure 2. Évolutions temporelles de la température et de la vitesse moyenne du gaz dans la section d’entrée.
Figure 3. Schéma de positionnement des thermocouples dans le cylindre et courbes d’évolutions de températures aux points 1 (vitesse minimale) et 6 (vitesse maximale) pour les différentes conditions opératoires.
Figure 4. Schéma et maillage de la zone modélisée de la cellule de trempe et conditions aux limites.
Figure 5. Champ de vitesses (norme et vecteurs) calculé autour du cylindre (a) et comparaison entre les profils de vitesses axiales (b) et radiales (c) calculés et mesurés.
Figure 6. Comparaison des évolutions de températures aux points 1 et 6 mesurées et calculées dans un cylindre de nickel pour une trempe à l’azote à 1,2 bar a) et à l’hélium 4,5 bars b).
Figure 7. a) Distributions de températures, de vecteurs vitesses du gaz, des coefficients de transfert de chaleur sur les différentes surfaces du cylindre, des fractions volumiques d’austénite et de perlite à 29s après le début du refroidissement. b) Distribution de duretés finales calculées avec le couplage Fluent / Sysweld pour une trempe à l’azote à 10 bars autour d’un cylindre seul.
Figure 8. Résultats d’une simulation de trempe à l’hélium à 20 bars d’un cylindre en 60NiCrMo11 . a) Distributions de températures, de vecteurs vitesses du gaz et du coefficient de transfert de chaleur 61 secondes après le début de la trempe. b) distributions de fraction volumique d’austénite et de martensite à 61s. c) Champ de contraintes résiduelles axiales (MPa) et état final du contour de la pièce trempée (déformée x100).
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