Points clés à retenir
- Conservez la nuance indiquée sur le plan, sauf si une alternative a été approuvée par le service d’ingénierie. Clarifiez une désignation CK45 non accompagnée de spécifications avant de comparer les offres.
- Comparez les propriétés pour la section, l’état et l’emplacement d’essai pertinents. Les valeurs sur éprouvette de référence de GB/T 3077 et les valeurs ISO par plages dimensionnelles reposent sur des bases différentes.
- Examinez ensemble les rainures de clavette, les épaulements, les ajustements, la finition de surface, le traitement thermique et la surépaisseur d’usinage ; ces éléments influent autant sur l’arbre fini que la désignation de la nuance.
- Spécifiez l'échantillonnage et l'inspection nécessaires à la livraison et après un traitement ultérieur. Gardez les résultats des barres entrantes distincts de l’acceptation de l’arbre fini.
Téléchargez la feuille de travail de sélection des matériaux d'arbre Renseignez les données du plan, la section lors du traitement thermique, les propriétés requises et toute dérogation proposée à la nuance spécifiée.
Conditions de service de l’arbre et problème de désignation CK45
Pour un arbre soumis à un couple constant, à une charge alternée, à une flexion ou à un choc, partez du plan et du relevé des conditions de service. Repérez les épaulements, rainures de clavette, cannelures, trous transversaux, filetages et petits congés où les contraintes se concentrent. Notez la section qui sera effectivement trempée et revenue. La comparaison des matériaux se rapporte ainsi à une pièce et à une gamme de fabrication précises.
La désignation CK45 doit être clarifiée lorsqu’elle n’est pas accompagnée d’une norme. Le C45 et le C45E selon ISO 683-1 répondent à des exigences définies de produit, d’état de livraison, de composition chimique et de propriétés liées aux dimensions. SAE J403 définit la composition chimique et les règles d’analyse du SAE 1045 ; la commande doit également fixer une spécification de produit et des exigences de propriétés. Demandez au responsable du plan quelle désignation est requise avant de solliciter des alternatives.
Le 40Cr est un acier de construction allié au chrome selon GB/T 3077-2015. Il mérite d’être étudié lorsque la section et la réponse requise au traitement thermique justifient un acier allié. Les valeurs prescrites pour l’éprouvette de référence doivent encore être confrontées au diamètre de l’arbre, à la gamme de traitement et à l’échantillonnage convenu. Elles ne décrivent pas les propriétés en chaque point d’un arbre fini.
Pour chaque offre, rapprochez la nuance et la norme requises de l’état de livraison, de la section lors du traitement thermique, de l’emplacement des essais, de la gamme d’usinage finale et des écarts autorisés. Résolvez par écrit les contradictions entre le bon de commande, le plan, la spécification du client et la norme du matériau. Sinon, deux prix apparemment comparables peuvent couvrir des exigences différentes de matériau et de contrôle.
Composition chimique et bases de définition des propriétés selon chaque norme
Le tableau de composition chimique explique pourquoi ces filières peuvent convenir à certaines applications communes sans pouvoir être certifiées comme interchangeables sur la seule base de leur nom. Le 40Cr contient 0.80–1.10 % en masse de chrome, tandis que le C45 et le SAE 1045 sont des aciers à teneur moyenne en carbone soumis à des limites d’éléments résiduels, sans le même ajout volontaire de chrome. Le C45E conserve les plages principales du C45 mais impose des limites plus strictes de phosphore et de soufre ; si le plan exige le suffixe E, du C45 sans ce suffixe ne doit pas être fourni sans approbation.
La définition des propriétés mécaniques varie tout autant. GB/T 3077 publie des valeurs pour une éprouvette de référence en 40Cr ayant subi le traitement thermique prescrit. ISO 683-1 publie des valeurs +QT liées à la forme du produit C45 et à la plage de section déterminante. SAE J403 ne donne pas une plage unique de résistance à la traction, de limite d’élasticité, de résilience, d’allongement ou de dureté applicable à toutes les barres SAE 1045 dans leur état de livraison. Une offre peut donc indiquer une composition chimique correcte tout en restant techniquement incomplète sur l’état, les dimensions, l’échantillonnage ou les propriétés.
N’utilisez ISO 6892-1 ou la méthode alternative acceptée qu’après avoir fixé, dans la spécification du produit et la commande, la géométrie, l’orientation, l’emplacement et l’état des éprouvettes, la fréquence des essais, les critères d’acceptation et les règles de contre-essai. Un résultat obtenu sur un coupon traité thermiquement séparément ou sur une petite surlongueur de prélèvement ne doit pas être présenté comme représentatif des propriétés à cœur d’une ébauche d’arbre de plus grande section, sauf accord explicite.
| Filière / norme applicable | Plage de composition chimique, % en masse | Base des propriétés mécaniques | Interprétation pour l’acheteur d’arbres |
|---|---|---|---|
| 40Cr — GB/T 3077-2015 | C 0.37–0.44; Si 0.17–0.37; Mn 0.50–0.80; Cr 0.80–1.10; P ≤0.030; S ≤0.030; Ni ≤0.30; Cu ≤0.30. | Échantillon de référence prescrit traité thermiquement : Rm ≥980 MPa ; limite d'élasticité ≥785 MPa ; A ≥9% ; Z ≥45% ; KV2 ≥47 J. Il ne s’agit pas d’une garantie globale sur toute la barre ou sur l’arbre fini. | À utiliser lorsque la filière GB approuvée et la réponse de la section au traitement thermique conviennent aux conditions de service de l’arbre. Précisez l’état de livraison, la représentativité réelle des essais et le traitement thermique ultérieur. |
| C45 / C45E — ISO 683-1:2016 | C45 : C 0.42–0.50 ; Si 0.10–0.40 ; Mn 0.50–0.80; P ≤0.045; S ≤0.045; Cr ≤0.40 ; Mo ≤0.10; Ni ≤0.40 ; Cu ≤0.30 ; Cr+Mo+Ni ≤0.63. C45E utilise P ≤0.025 et S ≤0.035 avec les mêmes plages principales. | Section déterminante circulaire à l’état +QT, d >16–40 mm: Rp0.2 ≥430 MPa, Rm 650–800 MPa, A ≥16%, Z ≥40%, KV ≥15 J; d >40–100 mm: Rp0.2 ≥370 MPa, Rm 630–780 MPa, A ≥17%, Z ≥45%, KV ≥15 J. | Appliquez les valeurs uniquement au produit ISO, à l’état +QT, à la section déterminante, à l’échantillonnage et à la base d’essai de résilience correspondants. Conservez le suffixe E lorsqu’il est exigé. |
| SAE 1045 — SAE J403_202402 | C 0.43–0.50; Mn 0.60–0.90 ; Si 0.15–0.35 ; P ≤0.030 ; S ≤0.035; limites résiduelles Cu ≤0.20, Ni ≤0.25, Cr ≤0.20, Mo ≤0.06. | SAE J403 définit la composition chimique et les règles d’analyse ; il ne peut, à lui seul, établir une plage unique de résistance à la traction, de limite d’élasticité, d’allongement, de résilience, de dureté ou de propriétés d’arbre pour la barre livrée. | Ajoutez la spécification de produit applicable ainsi que les exigences d’état, de propriétés de la section, d’échantillonnage, de surface, de dimensions, de contrôle et de certificat. |
Taille de section et trempabilité en contexte
Le diamètre à retenir correspond à la section lors du traitement thermique. Un petit coupon ne refroidit pas comme le cœur d’une ébauche d’arbre de grande section. Confirmez la section déterminante, les positions radiales et axiales de prélèvement et l’origine de l’échantillon : barre livrée, surlongueur de prélèvement ou pièce traitée thermiquement séparément. Si l’usinage d’ébauche précède la trempe et le revenu finaux, indiquez cette dimension intermédiaire dans la gamme de fabrication.
ISO 642:2024 définit l’essai Jominy de trempabilité par trempe en bout. Les données Jominy peuvent aider à comparer des coulées et à estimer la réponse relative au durcissement en profondeur. Elles ne prédisent toutefois pas directement l’historique thermique complet, les propriétés à cœur, les déformations, les contraintes résiduelles ou la résistance à la fatigue d’un arbre de production. Si la trempabilité intervient dans le choix de conception, définissez la bande Jominy admissible ou une autre méthode de vérification de la section, puis exigez une validation sur la section de production au diamètre commandé.
Une résistance à la traction plus élevée ne suffit pas à déterminer le comportement en fatigue. L’état de surface, la décarburation, les inclusions, les dommages de rectification, les marques de redressage, la fabrication des filetages ou des cannelures, les rayons des rainures de clavette, les emmanchements serrés, le fretting et les contraintes résiduelles peuvent influer sur l’amorçage des fissures. Reportez les exigences de surface et de géométrie du plan dans le bon de commande et dans les contrôles après la dernière opération de fabrication.
Lorsque la résilience ou la ténacité est déterminante, précisez la méthode, le type d’éprouvette, l’entaille, l’orientation, l’emplacement, la température et la fréquence des essais, les minima applicables aux valeurs individuelles et moyennes, ainsi que les modalités de contre-essai. Ne comparez jamais une valeur de référence GB KV2 à un résultat ISO si les définitions des éprouvettes, de la température et des critères d’acceptation ne concordent pas.
Maximov et ses coauteurs ont étudié des éprouvettes de 42CrMo4 traitées thermiquement puis finies par tournage à sec et brunissage au diamant. Leurs résultats de fatigue montrent pourquoi le procédé final de finition de surface doit être pris en compte dans l’évaluation d’un arbre. Ces résultats concernent un autre alliage et une gamme définie de préparation des éprouvettes ; ils ne permettent ni de classer le 40Cr par rapport au CK45, ni de fixer une contrainte admissible pour un arbre. [7]
Usinage, traitement thermique, enlèvement de matière en surface et rectitude
Une RFQ pour un arbre doit préciser les dimensions à l’achat et les dimensions finales. Indiquez les dimensions après forgeage ou laminage, après usinage d’ébauche, les diamètres finaux des portées de palier et d’étanchéité, la longueur, la surépaisseur et la section lors du traitement thermique. Si le fournisseur propose une barre écroûtée ou rectifiée, précisez si cette surface restera sur le composant ou sera enlevée. La gamme de finition de surface influe sur l’exposition à la décarburation, la détection des défauts, la surépaisseur d’usinage, la rectitude et les éléments de preuve disponibles avant la finition finale.
L’ordre des opérations compte. La trempe et le revenu, la détente des contraintes, la trempe par induction, la nitruration, le chromage, la rectification, le polissage et le redressage peuvent modifier la dureté, les contraintes résiduelles, les dimensions et l’intégrité de surface. Identifiez le responsable de chaque opération, l’état du matériau couvert par chaque essai et si le certificat matière décrit la barre livrée ou l’arbre fini. Si l’acheteur effectue un traitement thermique après livraison, la dureté à réception constitue un paramètre de contrôle du procédé, et non une preuve des propriétés finales.
Définissez la rectitude par une mesure, et non par un adjectif. Précisez la mesure de l’écart total au comparateur ou la méthode de mesure du jeu, la disposition des appuis et leur portée, la température de mesure, la surface utilisée, la valeur admissible et l’évaluation éventuelle des courbures locales. Définissez l’étape du redressage et indiquez si une détente des contraintes ou un nouveau contrôle est nécessaire après cette opération. Un arbre long et élancé peut satisfaire aux exigences de composition chimique et de résistance à la traction tout en restant inutilisable si les critères de rectitude n’ont pas été communiqués.
Le contrôle doit être fondé sur les risques : analyse de coulée et analyse sur produit lorsqu’elles sont requises ; essais mécaniques à des emplacements définis ; cartographie de dureté ou profil de dureté dans la couche durcie en surface ; décarburation et microstructure lorsque ces éléments sont pertinents ; contrôles dimensionnels et de surface ; contrôles par ultrasons ou magnétoscopie selon une méthode et des critères d’acceptation spécifiés ; et traçabilité de la coulée à la pièce ou au lot. ISO 10474 peut définir le type de document de contrôle, mais seule la commande détermine les résultats réels qui doivent y figurer.
Sources :[6]
Formulation de la RFQ pour la filière de fourniture requise et les alternatives
Écrivez la désignation requise exactement comme elle doit apparaître sur le certificat. Lorsqu'une alternative est autorisée, demandez une comparaison de la chimie, de la portée du produit, de l'état, des propriétés de la section, de l'échantillonnage, des dimensions, de la surface et des exigences CND. Afficher séparément les différences de prix et de délais. L'ingénieur ou le représentant du client nommé doit approuver l'écart avant la fabrication.
Dans l’exemple ci-dessous, les valeurs des propriétés restent à renseigner par le responsable du plan. Joignez le plan de l’arbre et la feuille de sélection, en précisant la section lors du traitement thermique et les diamètres finaux des portées de palier ou d’étanchéité. Demandez au fournisseur de signaler toute exigence qu’il ne peut pas satisfaire dans l’état de livraison proposé.
Article : Ébauche d’arbre préusinée, [plan / indice de révision], [quantité]
Filière requise : 40Cr selon GB/T 3077-2015 ou C45E selon ISO 683-1:2016 [choisir une filière requise et une édition] ; la seule désignation informelle CK45 n’est pas acceptable
Alternative : SAE 1045 selon SAE J403_202402, complété par [spécification du produit], ne peut être proposé que dans un tableau d’écarts clause par clause et exige l’approbation écrite de l’acheteur avant fabrication
Arbre fini : [diamètres finaux / longueur], épaulements, congés, rainures de clavette, cannelures, filetages, finition de surface, méthode de mesure de la rectitude et critères d’acceptation selon le plan
Traitement thermique : [état de livraison / QT réalisé par le fournisseur / traitement ultérieur réalisé par l’acheteur], section déterminante [définition], valeurs des propriétés [préciser], base de l’essai de résilience [préciser si requis], séquence de trempe par induction ou de dépôt métallique [préciser]
Surépaisseur d’usinage : [surépaisseur radiale / en bout], règle d’élimination des défauts, limite de décarburation, gamme de finition de surface et étape représentée par le contrôle
Contrôle : Analyse de coulée, essais mécaniques et emplacements convenus, dureté [méthode / cartographie], dimensions, rectitude, surface, [méthode et critères d’acceptation UT / MT], traçabilité de la coulée à l’ébauche
Certificat : ISO 10474 type [préciser le type], avec les résultats réels exigés par la commande, l’identification de l’éprouvette, l’état et l’indice de révision du plan
Emballage / destination : [protection, calages, limites des fardeaux, port, Incoterm]Questions des acheteurs
Quand les acheteurs doivent-ils comparer 40Cr et CK45 pour les arbres ?
Comparez-les lorsque le plan autorise un réexamen du matériau et que les conditions de service de l’arbre peuvent être satisfaites par un acier à teneur moyenne en carbone ou un acier allié au chrome. Vérifiez la section lors du traitement thermique, les propriétés requises, les emplacements d’essai et la surface finale. Conservez la nuance spécifiée tant que le responsable du plan n’a pas approuvé le changement.
Que doivent envoyer les acheteurs avant de choisir entre 40Cr et CK45 ?
Envoyez le dessin et la révision, le service de l'arbre, les dimensions achetées et finies, la section pendant le traitement thermique, l'état de livraison, la séquence d'usinage, les valeurs mécaniques ou de dureté spécifiées et les exigences d'inspection. Précisez à quelle norme la désignation CK45 fait référence.
Quels détails RFQ aident à comparer 40Cr et CK45 pour les arbres ?
Appliquez aux deux offres les mêmes exigences de norme, de dimensions, d’état, d’emplacements d’essai, de surépaisseur d’usinage et de documents de contrôle. Présentez la nuance alternative comme une dérogation, avec ses différences techniques, son prix et son délai de livraison, afin que le service d’ingénierie l’examine avant fabrication.
Liste de contrôle pour la demande de prix
- Fonction de l'arbre, spectre de charge, direction du couple, flexion, charge axiale, choc, température et conséquences de la défaillance
- Indice de révision du plan, spécification du client, nuance requise, norme, édition et ordre de priorité des spécifications
- Clarification de la désignation informelle CK45 : C45, C45E, SAE 1045 ou une autre filière approuvée
- Dimensions à l’état laminé/forgé, dimensions après ébauche d’usinage, dimensions finales, quantité, tolérance et section déterminante applicable
- Épaulements, congés, trous, rainures de clavette, cannelures, filetages, ajustements, rainures et autres géométries sensibles à la fatigue
- État de livraison, prestataire de traitement thermique, référence four/lot et séquence des traitements thermiques ultérieurs
- Exigences de résistance à la traction, de limite d’élasticité, d’allongement, de striction, de résilience, de dureté et de trempabilité, uniquement lorsqu’elles sont spécifiées
- Géométrie de l'échantillon, emplacement axial/radial, orientation, fréquence de test, règle de retest et section représentée
- Surépaisseur d’usinage, gamme de finition par écroûtage/tournage/rectification, décarburation, rugosité et règle d’élimination des défauts
- Méthode de mesure de la rectitude, appuis/portée, surface de mesure, étape de contrôle, critères d’acceptation et maîtrise du redressage
- Méthode UT ou MT, couverture du contrôle, base d’étalonnage/de référence, critères d’acceptation, étape du contrôle et dispositions applicables aux zones d’extrémité
- Type de document de contrôle, résultats réels consignés, traçabilité de la coulée à l’ébauche, marquage et autorisation de libération
- Matrice des écarts de la nuance proposée en alternative, responsable de l’approbation côté ingénierie/client et incidence sur le prix et le délai de livraison
- Points de contrôle avec présence d’un tiers ou de revue documentaire préalable, et responsabilités de mise en attente/libération
- Supports de calage, protection contre la corrosion, masse par fardeau, destination, Incoterm et fenêtre d’expédition
Références
- GB/T 3077-2015 Aciers de structure alliés
- ISO 683-1:2016 Aciers non alliés pour trempe et revenu
- SAE J403_202402 Compositions chimiques des aciers au carbone SAE
- ISO 642:2024 Acier — Essai de trempabilité par trempe en bout (essai Jominy)
- ISO 6892-1:2019 Matériaux métalliques — Essais de traction à température ambiante
- ISO 10474:2013 Aciers et produits sidérurgiques — Documents de contrôle
- Maximov et al. : tournage à sec et brunissage au diamant de 42CrMo4
Assistance aux demandes de renseignements
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Envoyez le plan ou la demande de prix avec la nuance, les dimensions, l’état de livraison, la transformation, les contrôles, la quantité et la destination. Nous pouvons signaler les points à préciser avant le devis.