Meilleurs matériaux pour les arbres : Acier au carbone, acier allié, fonte ductile

Les matériaux couramment utilisés pour les arbres sont l'acier de construction au carbone, l'acier allié et la fonte ductile. Les ébauches d'arbres en acier sont généralement des pièces rondes laminées ou des pièces forgées.

I. Acier au carbone

L'acier à moyenne teneur en carbone de haute qualité 30~50 est couramment utilisé pour les arbres relativement importants ou lourdement chargés, l'acier 45 étant le plus répandu. Les propriétés mécaniques de ces matériaux peuvent être améliorées par des méthodes de traitement thermique telles que la trempe et le revenu ou la normalisation.

L'acier au carbone ordinaire Q235, Q275, etc. peut être utilisé pour les arbres à faible vitesse et à charge légère sans importance ou pour les arbres de transmission généraux.

II. Acier allié

L'acier allié présente des propriétés mécaniques globales plus élevées et de meilleures performances en matière de traitement thermique. Par conséquent, pour les arbres importants qui supportent une charge importante et dont le poids et la taille sont limités, ou qui ont des exigences élevées en matière de résistance à l'usure et à la corrosion, il est possible d'utiliser de l'acier allié et de le soumettre à certains traitements thermiques.

Il convient de noter que :

• L'acier allié est plus sensible à la concentration de contraintes et est plus cher ;
• Étant donné que le module d'élasticité de l'acier au carbone et de l'acier allié est pratiquement le même à des températures normales, l'utilisation d'un acier allié au lieu d'un acier au carbone ne permet pas d'améliorer la rigidité de l'arbre ;
• Divers traitements thermiques, chimiques et de renforcement de la surface (tels que le grenaillage, le laminage, etc.) peuvent améliorer sensiblement la résistance à la fatigue ou à l'usure de l'arbre, mais n'ont que peu d'effet sur sa rigidité.

III. Fonte ductile

La fonte ductile convient à la fabrication d'arbres de forme complexe tels que les vilebrequins, les arbres à cames, etc. Elle présente l'avantage d'être peu coûteuse, d'avoir une résistance relativement élevée, une bonne résistance à l'usure, une bonne absorption des vibrations, une bonne usinabilité et une moindre sensibilité à la concentration de contraintes. Toutefois, la qualité des pièces moulées n'est pas facile à contrôler et la fiabilité est relativement faible.

Les matériaux couramment utilisés pour les arbres et leurs principales propriétés mécaniques sont indiqués dans le tableau ci-dessous.

Tableau : Matériaux courants pour les arbres et leurs principales propriétés mécaniques