Choix du milieu de trempe pour une chaîne à rouleaux en acier 45# : performances, applications et comparaison

Choix du milieu de trempe pour une chaîne à rouleaux en acier 45# : performances, applications et comparaison
Dans le domaine de la fabrication mécanique, la chaîne à rouleaux est un composant de transmission essentiel, dont les performances influent directement sur l'efficacité et la fiabilité des équipements. La chaîne à rouleaux en acier 45# est largement utilisée en raison de son faible coût et de ses propriétés mécaniques satisfaisantes. Le traitement thermique est crucial pour améliorer sa dureté, sa résistance et sa durabilité. Le choix du milieu de trempe détermine la qualité du traitement. Cet article examine en détail les milieux de trempe adaptés à la chaîne à rouleaux en acier 45# afin d'aider les acheteurs et fabricants internationaux à optimiser les performances de leurs produits et à maximiser leur valeur commerciale.

1. Caractéristiques et exigences de trempe de la chaîne à rouleaux en acier 45#
L'acier 45# est un acier à teneur moyenne en carbone présentant d'excellentes propriétés mécaniques, telles qu'une résistance, une dureté et une ténacité élevées, ainsi qu'une bonne aptitude à la transformation, ce qui en fait un matériau idéal pour la fabrication de chaînes à rouleaux. Cependant, sa trempabilité est relativement faible, notamment pour les pièces de grande taille, et il est difficile d'obtenir une structure martensitique uniforme lors de la trempe. Par conséquent, afin de répondre aux exigences des chaînes à rouleaux en termes de résistance, de résistance à l'usure et de durée de vie en fatigue, il est nécessaire de sélectionner un milieu de trempe approprié pour obtenir un refroidissement rapide et uniforme et améliorer la profondeur de la couche trempée et les performances globales des pièces.

2. Milieux de trempe courants et leurs caractéristiques
(I) Eau
L'eau est le milieu de trempe le plus courant et le moins coûteux, grâce à sa vitesse de refroidissement élevée, notamment à haute température. Elle permet ainsi un refroidissement rapide des chaînes à rouleaux en acier 45#, favorisant la formation d'une structure martensitique et améliorant de ce fait la dureté et la résistance. Par exemple, après le forgeage final, l'engrenage à faible module en acier 45# est rapidement fixé et plongé dans un bain d'eau pour trempe à l'aide d'une machine de trempe. La dureté de l'engrenage peut atteindre plus de HRC 45, sans fissure de trempe, et ses performances sont supérieures à celles des procédés traditionnels. Cependant, la vitesse de refroidissement de l'eau à basse température est trop rapide, ce qui peut engendrer d'importantes contraintes thermiques et structurelles en surface, augmentant ainsi le risque de fissuration, en particulier pour les pièces de chaînes à rouleaux de formes complexes ou de grandes dimensions.
(II) Huile
Le refroidissement à l'huile est plus lent qu'à l'eau et plus uniforme tout au long du processus. L'huile constitue ainsi un milieu de trempe plus doux, réduisant efficacement les risques de déformation et de fissuration. L'huile minérale est une huile de trempe couramment utilisée ; son pouvoir refroidissant peut être ajusté en modifiant sa température, en ajoutant des additifs, etc. Pour certaines pièces de chaînes à rouleaux en acier 45# présentant des exigences de haute précision et des formes complexes, comme les maillons, la trempe à l'huile permet d'obtenir une meilleure stabilité dimensionnelle et de meilleures propriétés mécaniques. Cependant, la vitesse de refroidissement relativement lente de l'huile peut entraîner un durcissement insuffisant de certaines pièces de petite taille ou à parois fines, et ne pas répondre aux exigences de dureté et de résistance élevées.
(III) Solution de saumure
La vitesse de refroidissement d'une solution saline se situe entre celle de l'eau et celle de l'huile, et ses caractéristiques peuvent être modifiées en ajustant la concentration en sel et la température de l'eau. De manière générale, le pouvoir refroidissant d'une solution saline augmente avec la concentration en sel, mais une concentration trop élevée peut rendre la solution plus corrosive et endommager les pièces et les équipements. Par exemple, une solution aqueuse de sel à 10 % est un milieu de trempe couramment utilisé. Sa vitesse de refroidissement est supérieure à celle de l'eau pure et son uniformité est meilleure. Elle permet d'atténuer, dans une certaine mesure, les problèmes de fissuration rencontrés lors de la trempe à l'eau pure. Par ailleurs, son efficacité de refroidissement est supérieure à celle de l'huile et elle convient à certaines pièces de chaînes à rouleaux en acier 45# de taille moyenne et de forme simple.
(IV) Solution aqueuse de chlorure de calcium
La solution aqueuse de chlorure de calcium, utilisée comme milieu de trempe efficace, donne d'excellents résultats pour la trempe des chaînes à rouleaux en acier 45#. Ses caractéristiques de refroidissement uniques permettent un refroidissement rapide à haute température, puis un ralentissement approprié de la vitesse de refroidissement à basse température, réduisant ainsi efficacement les contraintes de trempe et les risques de déformation et de fissuration de la pièce. Des études ont montré que la trempe de rouleaux en acier 45# dans une solution aqueuse saturée de chlorure de calcium à 20 °C permet d'atteindre une dureté de 56 à 60 HRC, avec une déformation du diamètre intérieur très faible, une excellente capacité de trempe et une amélioration significative des performances globales et de la durée de vie des rouleaux.

3. Effet de différents milieux de trempe sur les performances d'une chaîne à rouleaux en acier n° 45
(I) Dureté et force
Grâce à son refroidissement rapide, la trempe à l'eau permet généralement d'obtenir une dureté et une résistance supérieures pour les chaînes à rouleaux en acier 45#. Cependant, une vitesse de refroidissement trop rapide peut engendrer des contraintes résiduelles importantes dans la pièce, affectant sa stabilité dimensionnelle et sa ténacité. Bien que la dureté et la résistance obtenues par trempe à l'huile soient légèrement inférieures à celles obtenues par trempe à l'eau, elle garantit une meilleure ténacité et une moindre déformation de la pièce. Les solutions salines et les solutions aqueuses de chlorure de calcium permettent d'obtenir un meilleur compromis entre dureté, résistance et ténacité, en fonction des exigences spécifiques du procédé. Par exemple, dans des conditions identiques, la dureté superficielle d'un axe en acier 45# trempé dans une solution aqueuse saturée de chlorure de calcium est nettement supérieure à celle d'un axe trempé dans de l'huile moteur 20#, et sa résistance à la traction est également significativement améliorée.
(II) Résistance à l'usure
Le milieu de trempe influe considérablement sur la résistance à l'usure de la chaîne à rouleaux. Une dureté élevée et une structure uniforme sont essentielles pour améliorer cette résistance. L'utilisation d'un milieu assurant un refroidissement uniforme et une bonne trempabilité, comme une solution aqueuse de chlorure de calcium, permet d'obtenir une chaîne à rouleaux en acier 45# plus dure et présentant une structure homogène, améliorant ainsi sa résistance à l'usure. En pratique, la durée de vie des chaînes à rouleaux traitées avec un milieu de trempe approprié peut être significativement prolongée dans les mêmes conditions de fonctionnement.
(III) Vie de fatigue
La durée de vie en fatigue est cruciale pour les chaînes à rouleaux. La distribution des contraintes résiduelles et la structure formée lors de la trempe ont une influence majeure sur cette durée de vie. La trempe à l'eau peut entraîner une concentration importante de contraintes résiduelles en surface, réduisant ainsi la durée de vie en fatigue. La trempe à l'huile et la trempe à la saumure permettent une distribution des contraintes résiduelles plus homogène, contribuant à améliorer la durée de vie en fatigue. De plus, la trempe à la solution aqueuse de chlorure de calcium, grâce à sa capacité à réduire efficacement les contraintes de trempe, confère à la pièce une structure et une distribution des contraintes résiduelles plus uniformes, ce qui a également un effet positif sur la durée de vie en fatigue de la chaîne à rouleaux.

4. Facteurs à prendre en compte lors du choix du milieu de trempe
(I) Dimensions et forme de la pièce
Pour les pièces de chaînes à rouleaux en acier 45# de petite taille ou de forme simple, comme les petits rouleaux, la trempe à l'eau permet un refroidissement rapide et un bon durcissement grâce à leur rapport surface/volume relativement élevé. Pour les pièces de grande taille ou de forme complexe, comme les grandes plaques de chaîne, la trempe à l'huile ou à la saumure est plus appropriée pour limiter les déformations et les risques de fissuration. La vitesse de refroidissement relativement uniforme de ces milieux permet d'éviter efficacement les problèmes de concentration de contraintes dus à une vitesse de refroidissement excessive.
(II) Composition matérielle et état organisationnel
La composition chimique et l'état d'organisation initial de l'acier 45# ont une incidence significative sur ses propriétés de trempe. Par exemple, une modification de la teneur en carbone et en éléments d'alliage du matériau affecte sa vitesse de refroidissement critique et sa trempabilité. Pour un acier 45# présentant une trempabilité légèrement inférieure à la normale, il est possible de choisir un milieu de trempe à vitesse de refroidissement plus rapide, tel qu'une solution aqueuse de chlorure de calcium, afin d'obtenir une profondeur de couche trempée suffisante. Par ailleurs, l'état d'organisation initial du matériau, notamment la présence d'une structure rubanée ou d'une structure de Widmanstätten, influe également sur l'efficacité de la trempe et doit être adapté aux spécificités de chaque situation.
(III) Lot de production et coût
En production à grande échelle, le coût est un facteur déterminant. L'eau, utilisée comme milieu de trempe, est peu coûteuse et facile à obtenir. Elle constitue un choix économique pour la production en grande série de petites pièces de chaînes à rouleaux. Cependant, pour la production de pièces complexes et de haute précision, bien que le coût de la trempe à l'huile ou à la saumure soit relativement élevé, son coût global peut s'avérer plus avantageux à long terme, car elle permet de réduire efficacement le taux de rebut et d'améliorer la qualité des produits. Par ailleurs, il convient également de prendre en compte le coût de maintenance et la durée de vie du milieu de trempe.

5. Utilisation et entretien du milieu de trempe
(I) Précautions d'emploi
Lorsqu'on utilise l'eau comme milieu de trempe, il convient de prêter attention à des facteurs tels que sa température, sa propreté et sa dureté. Une température trop élevée ralentit le refroidissement et nuit à l'efficacité de la trempe ; des impuretés et une dureté excessive peuvent engendrer des problèmes comme une dégradation de la qualité de surface de la pièce et l'entartrage des équipements. Pour la trempe à l'huile, la température, la qualité et l'agitation de l'huile doivent être rigoureusement contrôlées. Une température excessive ralentit le refroidissement et peut même provoquer un incendie ; la détérioration de l'huile affecte les performances de la trempe et nécessite un remplacement et une filtration réguliers. L'utilisation de solutions de saumure et de chlorure de calcium exige une attention particulière à la concentration, à la température et aux mesures anticorrosion afin de garantir la stabilité du refroidissement et le bon fonctionnement des équipements.
(II) Points de maintenance
Le contrôle régulier des différents paramètres du milieu de trempe, tels que la dureté de l'eau, la viscosité et le point d'éclair de l'huile, ainsi que la concentration des solutions de saumure et de chlorure de calcium, est essentiel pour garantir la qualité de la trempe. Parallèlement, le bain de trempe doit être maintenu propre et les sédiments et impuretés éliminés régulièrement. Pour la trempe à l'huile, des mesures de prévention des incendies doivent être mises en œuvre et le matériel de lutte contre l'incendie approprié doit être installé. Enfin, l'utilisation de systèmes de refroidissement et de circulation adaptés permet de prolonger la durée de vie du milieu de trempe et d'améliorer son efficacité et sa stabilité de refroidissement.

6. Conclusion
En résumé, le choix d'un milieu de trempe approprié est crucial pour l'amélioration des performances et le contrôle qualité des chaînes à rouleaux en acier 45#. L'eau, l'huile, la saumure et le chlorure de calcium présentent des caractéristiques spécifiques. En pratique, il est indispensable de prendre en compte la taille, la forme, la composition du matériau, le lot de production et le coût de la pièce pour obtenir une trempe optimale. Les acheteurs et fabricants internationaux doivent parfaitement maîtriser les caractéristiques et les applications des différents milieux de trempe, renforcer leur collaboration avec les fournisseurs de traitements thermiques et optimiser le processus de trempe afin d'améliorer la compétitivité des chaînes à rouleaux en acier 45# et de répondre à la demande mondiale de composants de transmission de haute qualité.