Ce que le processus de durcissement doit réaliser
JOTAIN Materials distingue l’état de l’acier entrant de l’opération de durcissement ultérieure. Une filière CK45 / 1045 permettant d’établir un devis doit préciser l’état de la barre, le responsable du durcissement, la zone et la profondeur visées, les exigences à cœur et les preuves rattachées au lot de production. Les acheteurs reçoivent souvent une indication sur le plan telle que « CK45 durci », sans assez d’informations pour chiffrer ou contrôler la pièce.
Cette expression peut désigner une barre fournie à l’état trempé et revenu, une trempe par induction après usinage, une trempe à la flamme sur une zone locale d’usure ou simplement une plage de dureté du matériau entrant pour l’usinabilité. Ces filières impliquent des surépaisseurs d’usinage, des risques de déformation, des positions d’essai, des certificats et des responsabilités différents. Clarifiez l’étape du procédé et l’objectif fonctionnel avant de comparer les matériaux.
Pour un arbre durci en surface, identifiez la surface fonctionnelle, les zones exclues, le diamètre final et la surépaisseur de rectification. Définissez l’échelle et la plage de dureté acceptée, la profondeur durcie efficace ou totale, la dureté de référence pour mesurer cette profondeur et les positions des profils de dureté. Précisez la dureté à cœur ou les exigences mécaniques, ainsi que le responsable du durcissement final, fournisseur ou client. Traitez aussi du contrôle des fissures, des limites de décarburation, des zones de transition et de la rectitude après traitement. Confirmez si un échantillon de qualification destructive peut représenter le lot de production.
Pour les barres trempées à cœur ou trempées et revenues, partez de la section déterminante lors du traitement thermique et de la zone importante en service. Une éprouvette de traction prélevée près de la surface d’une barre d’essai plus petite ne peut pas confirmer la réponse au centre d’une ébauche d’arbre plus grande. ISO 683-1 lie les exigences mécaniques du C45/C45E à l’état de livraison et aux plages dimensionnelles. Si la géométrie réelle ou la dimension commandée sort de la ligne citée, l’ingénierie doit définir des exigences de propriétés et un plan de vérification adaptés, plutôt que d’extrapoler les valeurs par hypothèse.
Comparer l’acier de base et les filières d’acier allié sur les mêmes bases
Le tableau distingue l’identification par la composition chimique des preuves de propriétés mécaniques ou de durcissement. ISO 683-1 publie les propriétés du C45/C45E par plages dimensionnelles pour des états de livraison spécifiés ; SAE J403 est une norme de composition chimique des aciers au carbone SAE et ne définit pas une plage unique de propriétés pour toutes les barres 1045. GB/T 3077 fournit des valeurs mécaniques pour des éprouvettes de référence en 40Cr et 42CrMo soumises au traitement thermique prescrit. Ces résultats de référence ne doivent pas être présentés comme des propriétés à cœur garanties pour tout diamètre de production.
C45 et C45E partagent les mêmes plages d’éléments principaux dans ISO 683-1, mais leurs limites en phosphore et en soufre diffèrent. SAE 1045 utilise une autre plage de manganèse et ses propres exigences pour les éléments résiduels. Une coulée désignée de manière informelle comme CK45 doit donc être rattachée à une norme reconnue ou à une spécification de l’acheteur avant son acceptation. Une correspondance de nom dans un système ERP ne prouve pas la conformité de l’analyse chimique de coulée, des écarts admissibles, de l’état de livraison, des propriétés par plage dimensionnelle, de l’état de surface et de la documentation.
Les alternatives en acier allié apportent du chrome, et le 42CrMo4 apporte aussi du molybdène, ce qui peut conduire à une réponse différente au traitement thermique. C’est une raison d’étudier l’option, pas une preuve d’aptitude. Comparez la section réelle, la capacité du procédé, les risques de déformation et de fissuration, la séquence d’usinage en fonction de l’usinabilité, les propriétés visées, les exigences de résilience, les positions d’essai, la disponibilité et le coût total de transformation. Passer à un acier allié tout en conservant une éprouvette non représentative ou une indication de durcissement non définie laisse le principal risque d’achat sans réponse.
| Filière / norme applicable | Plage de composition chimique, % en masse | Bases des propriétés mécaniques / du durcissement | Cas justifiant un examen |
|---|---|---|---|
| C45 — ISO 683-1:2016 | C 0.42–0.50; Si 0.10–0.40; Mn 0.50–0.80; Cr ≤0.40; Mo ≤0.10; Ni ≤0.40; Cu ≤0.30; P ≤0.045; S ≤0.045; Cr+Mo+Ni ≤0.63. | +QT, section déterminante circulaire 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. | N’utilisez ces valeurs que dans le périmètre ISO spécifié pour le produit, l’état de livraison, les dimensions, l’échantillonnage et les essais. La profondeur de durcissement superficiel doit toujours faire l’objet d’une exigence distincte sur le plan. |
| C45E — ISO 683-1:2016 | Plages des éléments principaux identiques à celles du C45 ; P ≤0.025 et S ≤0.035 selon les exigences du C45E. | Les exigences ISO par plages dimensionnelles et états de livraison s’appliquent selon les tableaux et clauses pertinents du C45E ; ne déduisez aucun résultat de la seule désignation d’une nuance nominalement plus propre. | Examinez cette option lorsque le plan ou la spécification de l’acheteur exige C45E. N’utilisez pas du C45 ou du SAE 1045 à sa place au seul motif que les teneurs nominales en carbone se recoupent. |
| 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 des éléments résiduels Cu ≤0.20, Ni ≤0.25, Cr ≤0.20, Mo ≤0.06. | SAE J403 définit les limites de composition chimique et les règles d’analyse, et non une plage unique de résistance, de résilience, de dureté ou de profondeur durcie pour les barres livrées. | À utiliser avec une spécification de produit applicable et des clauses claires sur l'état, les propriétés basées sur les sections, le durcissement de la surface, l'inspection et le certificat. |
| 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. | Éprouvette de référence soumise au traitement thermique prescrit : Rm ≥980 MPa; limite d’élasticité ≥785 MPa; A ≥9%; Z ≥45%; KV2 ≥47 J. Ce résultat ne s’applique pas de manière générale à l’ensemble d’une barre. | Examinez la filière d’acier allié lorsque les exigences approuvées de réponse de la section ou de résistance dépassent les capacités validées de la filière d’acier à moyen carbone ; conservez la base des éprouvettes GB/T. |
| 42CrMo4 — ISO 683-2:2016 | C 0.38–0.45; Si 0.10–0.40; Mn 0.60–0.90; Cr 0.90–1.20; Mo 0.15–0.30; P ≤0.025; S ≤0.035. | +QT, section déterminante circulaire d >16–40 mm: Rp0.2 ≥750 MPa, Rm 1000–1200 MPa, A ≥11%, Z ≥45%, KV ≥35 J; d >40–100 mm: Rp0.2 ≥650 MPa, Rm 900–1100 MPa, A ≥12%, Z ≥50%, KV ≥35 J. | Examinez cette option lorsqu’une filière QT d’acier Cr-Mo, approuvée par l’acheteur et définie par plages dimensionnelles, convient aux conditions de service. Ce n’est pas un remplacement automatique du CK45 ou du SAE 1045. |
Dureté de surface, profondeur de durcissement et réponse du noyau
Une valeur de dureté superficielle ne répond qu’à une question en un point préparé. Elle peut ne pas révéler une couche durcie trop peu profonde, une zone de transition tendre, une fragilité excessive, une surchauffe locale, une décarburation ou un cœur inadapté. Lorsque la profondeur efficace de couche ou la profondeur durcie détermine la durée de vie face à l’usure, définissez la méthode de mesure applicable et la dureté seuil qui délimite cette profondeur. Précisez si les résultats proviennent d’un prolongement destiné au prélèvement destructif, d’une éprouvette représentative ou d’une pièce de production sectionnée, et comment cet élément est rattaché au lot.
ISO 642:2024 définit l’essai Jominy de trempe en bout pour comparer la trempabilité de l’acier. Les données Jominy peuvent aider les ingénieurs matériaux à évaluer la réponse au traitement thermique, mais ne certifient pas directement la profondeur durcie par induction ni la résistance au centre d’un arbre fini. Si des limites Jominy sont exigées, indiquez l’origine de la bande de trempabilité, les distances, la fréquence de contrôle des coulées, les exigences de rapport et la méthode de calcul autorisée. Lorsque le résultat fonctionnel dépend de la géométrie, associez ces preuves à un procédé de production qualifié et à une vérification représentative de la section. [5]
Planifiez l’usinage et les contrôles en tenant compte des déformations. Prévoyez une surépaisseur de rectification maîtrisée si la mise aux cotes finales suit le durcissement, mais évitez que son enlèvement supprime la zone durcie requise. Définissez la rectitude avant et après traitement thermique, la méthode de correction autorisée, le stade du contrôle des fissures et l’acceptation éventuelle des pièces réparées ou retraitées. Si la commande porte sur des barres brutes plutôt que sur des pièces finies, précisez quels résultats du durcissement ultérieur relèvent des exigences de conception de l’acheteur et de quelles caractéristiques du matériau entrant le fournisseur d’acier est effectivement responsable.
Une proposition de mise à niveau d'un alliage peut inclure une simulation. Goñi et ses collègues ont utilisé un modèle basé sur des cylindres 42CrMo4 trempés par induction, de diamètre 20 mm, pour examiner la teneur en carbone et la sévérité de la trempe. Le modèle traite séparément la dureté et la contrainte résiduelle. Pour un remplacement proposé CK45 ou 1045, demandez la validation du matériau et de la géométrie réels avant de vous fier à de telles prédictions. [7]
Un changement d'alliage est une déviation technique
Déclenchez l’examen d’une alternative alliée à partir d’une insuffisance documentée : profondeur durcie validée insuffisante, propriétés à cœur inadéquates dans la section déterminante, préoccupation liée au choc ou à la fatigue, antécédents de déformation, non-conformités répétées du procédé ou norme client imposant un acier allié. Évitez une demande de prix vague telle que « CK45 ou mieux ». « Mieux » n’est pas une désignation mesurable, et une résistance nominale supérieure peut avoir des conséquences sur l’usinage, le soudage, le traitement thermique, le coût et les approbations.
Demandez une comparaison clause par clause pour chaque offre de variante. Identifiez les nuances requises et proposées, les documents applicables et leurs éditions, la composition chimique réelle ou visée, la forme du produit, l’état de livraison et les dimensions de la section. Comparez la responsabilité du traitement thermique, les bases des propriétés mécaniques et de la dureté, les relevés de trempabilité et les positions des éprouvettes. Incluez la filière de finition de surface, les CND, le document de contrôle, le marquage, la traçabilité, le délai de livraison et le prix. L’ingénierie des matériaux ou de la conception décide de l’aptitude fonctionnelle. Le service qualité accepte le plan de preuves ; les achats consignent les conditions commerciales et le statut d’approbation.
ISO 404 fixe les exigences techniques générales de livraison de l’acier et précise que les exigences de la commande ou de la norme de produit prévalent en cas de différence. Utilisez une hiérarchie documentaire claire et un registre des écarts afin qu’une réserve du fournisseur ne puisse modifier implicitement les exigences du plan. Si une double conformité est recherchée, exigez des preuves par rapport aux deux référentiels complets. Sinon, conservez la désignation applicable acceptée sur la commande, le marquage, le dossier de contrôle et le certificat de matériau.
Une ligne de RFQ aux exigences vérifiables
L’exemple ci-dessous prend une barre C45E comme matériau entrant de base et définit une trempe locale par induction comme exigence d’une opération ultérieure. Si le fournisseur d’acier n’est pas responsable de cette opération, distinguez dans l’achat l’acceptation de la barre entrante et la qualification du procédé de fabrication de la pièce finie. Ne demandez pas au certificat de la barre de garantir un résultat obtenu ensuite par une autre entreprise. Maintenez plutôt l’identification de la coulée pendant la découpe et l’usinage pour relier les résultats ultérieurs à la coulée et au lot fournis.
Au début de la recherche de fournisseurs, sollicitez des variantes en 40Cr ou 42CrMo4, mais exigez une justification technique et leurs incidences commerciales. Le fournisseur ne doit pas modifier la ligne de nuance ni associer une valeur d’éprouvette de référence GB/T à une désignation de produit ISO. Toute filière proposée doit reposer sur une base normative cohérente, sauf si l’acheteur définit et vérifie clairement la double conformité. Écartez de la comparaison technique les affirmations non étayées telles que « identique au CK45, mais plus résistant ».
Avant l’émission du bon de commande (PO), réglez les points relatifs à la dureté, à la profondeur, au cœur, aux positions d’essai, au lot, à la matière prévue pour les échantillons destructifs, au stade de contrôle dimensionnel, à la rectitude, au contrôle des fissures, au certificat, à la traçabilité et au responsable de l’approbation des écarts. Consignez qui est responsable de la qualification du procédé et qui est habilité à autoriser les reprises. Une commande concise avec des annexes est acceptable ; une commande ambiguë ne l’est pas.
Article : Ébauches usinées de tiges hydrauliques destinées à une trempe locale par induction ultérieure
Filière de base : C45E selon ISO 683-1:2016, Ø75 mm × 3 250 mm, 60 pièces, état normalisé ; section déterminante lors du traitement thermique et surépaisseur d’usinage à confirmer
Géométrie finale : Plan [numéro/indice de révision], avec identification des portées fonctionnelles et des zones à ne pas durcir
Exigence de durcissement : Trempe par induction après ébauche d’usinage jusqu’à [échelle HR et plage] ; profondeur durcie efficace [plage], mesurée selon [seuil/méthode] ; exigence à cœur [valeur/base]
Responsabilité du procédé : [fournisseur/client/sous-traitant] ; procédure qualifiée, définition du lot, échantillon de qualification destructive et traçabilité de la coulée à la pièce requis
Variante : Le 40Cr selon GB/T 3077-2015 ou le 42CrMo4 selon ISO 683-2:2016 ne peut être proposé qu’avec une comparaison des clauses et l’accord écrit de l’acheteur
Contrôle : Analyse chimique de coulée et état du matériau entrant ; après durcissement, cartographie de dureté, profil de dureté en profondeur, rectitude, dimensions, évaluation de la décarburation et magnétoscopie selon les critères joints
Certificat : Résultats réels à réception et après les opérations ultérieures, reliés à la coulée, au lot de procédé, à l’échantillon et à l’indice de révision du plan
Destination : [ville, pays et Incoterm]Questions fréquentes des acheteurs
Quand CK45 / 1045 convient-il aux tiges ou aux arbres usinés ?
Il peut convenir lorsque la filière approuvée d’acier à moyen carbone, la section, l’état du matériau entrant, la séquence d’usinage, le procédé final de durcissement, les exigences à cœur et en surface, la maîtrise des déformations et le plan de contrôle ont été validés pour la pièce. La désignation informelle CK45 doit être rattachée à une norme applicable ou à une spécification de l’acheteur avant l’acceptation de la commande.
Quand les acheteurs doivent-ils évaluer le 40Cr ou le 42CrMo4 à la place du CK45 / 1045 ?
Ouvrez une revue technique lorsque le procédé validé pour l’acier à moyen carbone ne satisfait pas, dans la section réelle, aux exigences de profondeur, de réponse à cœur, de résilience, de fatigue, de déformation ou de norme client. Comparez une filière 40Cr ou 42CrMo4 reposant sur une base normative cohérente et exigez les approbations de la conception, de la qualité et du client lorsque le contrat le prévoit ; ne considérez pas la teneur en éléments d’alliage comme une autorisation automatique.
De quelles informations JOTAIN Materials a-t-il besoin pour chiffrer une filière de durcissement du CK45 / 1045 ?
Fournissez le document applicable au CK45, C45, C45E ou SAE 1045 ; les dimensions de la section commandée et de la section lors du traitement thermique ; l’état du matériau entrant ; le plan de la pièce finie ; la méthode et les zones de durcissement, la dureté et la définition de la profondeur ; les exigences à cœur ; les positions de prélèvement ; la rectitude et la surépaisseur de rectification ; le contrôle des fissures ; les règles de lot et de traçabilité ; la quantité et la destination. JOTAIN Materials maintiendra toute variante 40Cr ou 42CrMo4 séparée jusqu’à son approbation par l’acheteur ou l’ingénieur responsable.
Liste de contrôle pour la demande de prix
- Fonction de la pièce finie, zones d’usure, zones à ne pas durcir, défaillances plausibles et température de service
- Désignation requise CK45, C45, C45E ou SAE 1045, avec la norme de référence et l’édition applicables
- Forme du produit, diamètre commandé, section déterminante lors du traitement thermique, longueur, quantité et surépaisseur d’usinage
- État du matériau entrant : brut de laminage, normalisé, recuit, trempé et revenu, écroûté, tourné ou rectifié
- Responsable du durcissement final et de la qualification du procédé : fournisseur, client ou sous-traitant désigné
- Filière de trempe par induction, à la flamme, à cœur ou QT, et zones exactes du plan auxquelles elle s’applique
- Échelle de dureté, plage, préparation de la surface, nombre et position des lectures et variation autorisée
- Définition de la profondeur efficace ou totale, dureté seuil, méthode de mesure du profil de dureté, position de la section et matière prévue pour les prélèvements
- Dureté à cœur ou propriété mécanique, orientation et emplacement de l'échantillon, température d'essai et lot couvert
- Bande Jominy, distances, fréquence, rapports et autorisation de calcul, uniquement lorsque ces exigences sont fixées par la conception
- Surépaisseur de rectification, stade de mise aux cotes finales, limites de rectitude, méthode de correction et plan de maîtrise des déformations
- Décarburation, inspection des fissures, qualité de surface, méthode CND, critères d'acceptation et règles de reprise
- Analyse chimique de coulée, document de contrôle, résultats réels, traçabilité de la coulée à la pièce, marquage et conservation des enregistrements
- Matrice de comparaison des variantes 40Cr ou 42CrMo4, ingénieur responsable, accord du client et incidence sur le délai de livraison et le prix
- Emballage, conservation, destination, Incoterm, documents d’expédition et vérification de concordance lors du contrôle à réception
Références
- ISO 683-1:2016 Aciers non alliés pour trempe et revenu
- SAE J403_202402 Compositions chimiques des aciers au carbone SAE
- GB/T 3077-2015 Aciers de structure alliés
- ISO 683-2:2016 Aciers alliés pour trempe et revenu
- ISO 642:2024 Acier — Essai de trempabilité par trempe en bout
- ISO 404:2013 Acier et produits sidérurgiques — Exigences techniques générales de livraison
- Goñi et al. — Influence de la composition du matériau et de la sévérité de la trempe sur la prédiction numérique des contraintes résiduelles et de la dureté dans des cylindres trempés par induction
Assistance aux demandes de renseignements
Deux options de matériau à comparer ?
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.