Matériau des engrenages métalliques

Les aciers pour engrenages peuvent être divisés en deux classes générales : les aciers au carbone ordinaire et les aciers alliés. Les aciers alliés sont utilisés dans une certaine mesure dans le domaine industriel, mais les aciers au carbone ordinaires traités thermiquement sont beaucoup plus courants. L'utilisation d'aciers alliés non traités pour les engrenages est rarement, voire jamais, justifiée, et seulement lorsque les installations de traitement thermique font défaut. Les points à prendre en compte pour déterminer s'il convient d'utiliser des aciers au carbone ordinaires traités thermiquement ou des aciers alliés traités thermiquement sont les suivants : les conditions de service ou la conception exigent-elles les caractéristiques supérieures des aciers alliés ou, si les aciers alliés ne sont pas requis, les avantages qui en découlent compenseront-ils le coût supplémentaire ? Pour la plupart des applications, les aciers ordinaires au carbone, traités thermiquement pour obtenir le meilleur de leurs qualités pour le service prévu, donnent satisfaction et sont assez économiques. Les avantages obtenus en utilisant des aciers alliés traités thermiquement à la place des aciers au carbone ordinaires traités thermiquement sont les suivants :

Dureté de surface et profondeur de pénétration de la dureté accrues pour la même teneur en carbone et la même trempe.

Possibilité d'obtenir la même dureté superficielle avec une trempe moins drastique et, dans le cas de certains alliages, une température de trempe plus basse, donnant ainsi moins de distorsion.

Ténacité accrue, comme l'indiquent les valeurs plus élevées de limite d'élasticité, d'allongement et de réduction de surface.

Une granulométrie plus fine, ce qui entraîne une résistance aux chocs plus élevée et une résistance à l'usure accrue.

Dans le cas de certains alliages, meilleures qualités d'usinage ou possibilité d'usinage à dureté plus élevée.

Utilisation d'aciers de cémentation

Chacune des deux classes générales d'aciers pour engrenages peut être subdivisée comme suit :

Aciers de cémentation;

aciers à trempe totale;

3) les aciers traités thermiquement et étirés jusqu'à une dureté permettant l'usinage.

Les deux premiers – aciers de cémentation et aciers à trempe totale – sont interchangeables pour certains types de services, et le choix est souvent une question d’opinion personnelle. Les aciers de cémentation avec leur boîtier extrêmement dur et à grain fin (lorsqu'il est correctement traité) et leur âme relativement molle et ductile sont généralement utilisés lorsqu'une résistance à l'usure est souhaitée. Les aciers alliés de cémentation ont un noyau assez résistant, mais pas aussi résistant que celui des aciers à trempe totale. Afin de tirer le meilleur parti des propriétés du noyau, les aciers cémentés doivent être soumis à une double trempe. Cela est particulièrement vrai pour les aciers alliés, car les avantages découlant de leur utilisation justifient rarement les dépenses supplémentaires, à moins que le noyau ne soit affiné et trempé par une seconde trempe. La pénalité qui doit être payée pour le raffinement supplémentaire est une distorsion accrue, qui peut être excessive si la forme ou le design ne se prête pas au processus de cémentation.

Utilisation d'aciers « à durcissement profond »

Les aciers à durcissement profond sont utilisés lorsqu'une grande résistance, une limite d'endurance élevée, une ténacité et une résistance aux chocs sont requises. Ces qualités sont régies par le type d'acier et le traitement utilisé. Des duretés de surface assez élevées peuvent être obtenues dans ce groupe, mais pas aussi élevées que celles des aciers de cémentation. Pour cette raison, la résistance à l’usure n’est pas aussi grande qu’on pourrait l’obtenir, mais lorsqu’une résistance à l’usure combinée à une grande résistance et ténacité est requise, ce type d’acier est supérieur aux autres. Les aciers à trempe profonde se déforment dans une certaine mesure lorsqu'ils sont durcis, la quantité dépendant de l'acier et du moyen de trempe utilisé. Pour cette raison, les aciers à trempe centrale ne conviennent pas aux engrenages à grande vitesse où le bruit est un facteur, ni aux engrenages où la précision est d'une importance primordiale, sauf, bien sûr, dans les cas où le meulage des dents est possible. Les pourcentages de carbone moyens et élevés nécessitent une trempe à l'huile, mais une trempe à l'eau peut être nécessaire pour les teneurs en carbone plus faibles, afin d'obtenir les propriétés physiques et la dureté les plus élevées. Cependant, la distorsion sera plus importante avec la trempe à l'eau.

Traitement thermique permettant l'usinage

Lorsque le meulage des dents d'engrenage n'est pas réalisable et qu'un haut degré de précision est requis, les aciers trempés peuvent être étirés ou revenus à une dureté qui permettra la coupe des dents. Ce traitement confère une structure très raffinée, une grande ténacité et, malgré la faible dureté, d'excellentes qualités de port. La résistance inférieure est quelque peu compensée par l'élimination des charges supplémentaires dues aux impacts provoqués par des imprécisions. Lorsque des aciers présentant un faible degré de pénétration de la dureté de la surface au noyau sont traités de cette manière, la conception ne peut pas être basée sur les propriétés physiques correspondant à la dureté en surface. Puisque les propriétés physiques sont déterminées par la dureté, la baisse de dureté de la surface au noyau donnera des propriétés physiques plus faibles à la racine de la dent, là où la contrainte est la plus importante. Le milieu de trempe peut être de l'huile, de l'eau ou de la saumure, en fonction de l'acier utilisé et de la pénétration de la dureté souhaitée. Bien entendu, l’ampleur de la distorsion n’a pas d’importance, car l’usinage est effectué après traitement thermique.