Mesure d'hystérésis magnétique volumique de l'acier 4340 en fonction de la température

Le domaine du chauffage par induction sollicite les propriétés électriques et magnétiques d'une pièce d'acier pour y injecter une puissance par induction électromagnétique, soit des courants de Foucault en surface. Des simulations par la méthode des éléments finis sont couramment employées pour déterminer la distribution de puissance, notamment lorsqu'une géométrie complexe est traitée. Une amélioration de la précision de ces simulations accélère le prototypage du profil de chauffe adapté pour une pièce. En considérant les avancées dans les techniques de calcul numérique, les biais de mesure dans les propriétés magnétiques couramment employées ont un impact considérable sur la précision des résultats. Dans ce mémoire, on propose une méthodologie de mesure des propriétés magnétiques des matériaux magnétiques à haute température. Une approche dite quasistatique à deux bobines est adaptée pour mesurer l'évolution des propriétés jusqu'à la température de Curie, soit une analyse dite «thermomagnétique». Dans la méthode développée, l'analyse recueille une cinquantaine de courbes d'hystérésis distribuées entre 20°C et 850°C en moins de 30 minutes. La rapidité de l'analyse à haute température est cruciale pour éviter toutes transformations de la microstructure de l'acier lors des mesures. On soupçonne que cinq minutes sont suffisantes pour altérer les propriétés magnétiques dans certains cas particulièrement sensibles. De plus, l'usinage de l'échantillon d'acier implique habituellement des techniques qui créent en surface des contraintes mécaniques, de la déformation plastique et de hautes températures. Ces trois phénomènes affectent les propriétés magnétiques. La méthode actuelle emploie des échantillons avec un grand rapport volume/surface pour limiter l'impact des altérations du matériau en surface.Un aspect novateur de ce travail est le développement de bobines adaptées aux hautes températures (900°C) à un faible coût de fabrication. Ce savoir-faire appliqué à l'approche choisie permet, entre autres, une meilleure précision dans la mesure des courbes d'hystérésis.