Dans le domaine de la fabrication mécanique haut de gamme, la demande de matériaux capables de résister à de lourdes charges, à des températures extrêmes et à une fatigue prolongée ne cesse de croître.Parmi les différentes alliages d'aciers carburants disponibles, 18CrNiMo7-6 (spécifié dans la norme allemande DIN 1.6587 et EN 10084) se démarque comme matériau de référence.Il est largement utilisé dans les composants critiques tels que les engrenages lourds.Comparé aux alternatives couramment utilisées telles que le 20CrMnTi et le 20CrNiMo, le 18CrNiMo7-6 possède une teneur plus élevée en nickel (Ni).ce qui le rend idéal pour les pièces de grande section et les conditions de travail à forte chargeCet article approfondit sa composition chimique, ses propriétés mécaniques, ses procédés de traitement thermique et ses applications industrielles, fournissant ainsi des informations précieuses aux ingénieurs.

Composition chimique du 18CrNiMo7-6

La composition chimique du 18CrNiMo7-6, telle que définie par la norme DIN 1.6587/EN 10084, est contrôlée avec précision pour assurer sa performance supérieure.Les plages de composition spécifiques sont présentées dans le tableau ci-dessous.:

Rôle des éléments d'alliage clés

Nickel (Ni): améliore considérablement la ténacité et la dureté de l'acier à basse température tout en réduisant la fragilité de la couche carburisée.Cet élément est crucial pour assurer la fiabilité du matériau dans des environnements froids.

Chrome (Cr): améliore la résistance à l'usure et la performance à la fatigue, et stabilise la microstructure de la couche carburisée.

Molybdène (Mo): Inhibe la fragilité du tempérament, augmente la résistance à haute température et améliore la résistance au ramper.

Comparaison avec des matériaux similaires

Pour mieux comprendre le caractère unique du 18CrNiMo7-6, il est utile de le comparer à d'autres aciers alliés similaires:

Propriétés mécaniques du 18CrNiMo7-6

Après avoir subi une carburation, un étanchement et un trempage à basse température, le traitement thermique du noyau de cet acier 18CrNiMo7-6 présente des propriétés mécaniques exceptionnelles.Les indicateurs de performance typiques sont énumérés ci-dessous:

Caractéristiques avantageuses

Excellente durcissement: il peut traiter des pièces de grande section d'un diamètre supérieur à 200 mm sans former un noyau mou, assurant ainsi une performance uniforme sur toute la pièce.

Limite de fatigue élevée: Bien adapté aux engrenages à grande vitesse et à lourde charge, tels que ceux utilisés dans les boîtes de vitesses des éoliennes, qui sont soumis à un stress cyclique constant.

Dureté supérieure à basse température: Maintient une bonne performance d'impact même à -40 °C, ce qui en fait un choix privilégié pour les équipements opérant dans des environnements extrêmement froids comme l'Arctique.

Traitement thermique du 18CrNiMo7-6

Un traitement thermique approprié est essentiel pour libérer tout le potentiel du 18CrNiMo7-6.

1. Carburation et éteinte (processus du noyau)

Ce procédé est principalement utilisé pour les pièces qui nécessitent une surface dure et un noyau dur, comme les engrenages.

Température de carburation: 920°C (avec un potentiel de carbone contrôlable de 1,2% C). Cette température assure une diffusion suffisante du carbone dans la surface de l'acier.

Profondeur de boîtier: 1,0 à 2,5 mm, qui peut être ajustée en fonction de la taille et des exigences spécifiques de la pièce.

Méthodes d'éteinte:

Extinction directe: après la carburation, l'acier est refroidi à 820 ~ 850 ° C, puis étanché à l'huile.

Réchauffement: la partie carburisée est réchauffée avant l'éteinte, ce qui contribue à réduire l'austénite résiduelle et à améliorer la stabilité dimensionnelle.

Tempérisation: réalisée à 160°C pendant 4 heures. Cette étape permet de soulager les contraintes internes générées lors de l'éteinte et d'améliorer la stabilité dimensionnelle de la pièce.

Caractéristiques microstructurelles après traitement

Couche de surface: composée de martensite à haute teneur en carbone, d'une petite quantité d'austénite résiduelle (<15%) et de carbures.

Zone de transition: présente une distribution de dureté gradiente, qui évite la concentration des contraintes entre la surface dure et le noyau dur.

Noyau: composé de martensite ou de bainite à faible teneur en carbone, offrant une grande ténacité pour absorber l'énergie d'impact.

2. Éteindre et trimer (pour les pièces non carbonisées)

Ce procédé convient aux pièces comme les arbres à haute résistance qui ne nécessitent pas de surface carburisée.

Éteinture: l'acier est chauffé à 850 ~ 880 °C et éteint dans l'huile pour former une structure martensitique.

Tempérisation: effectuée à 550 ~ 650 °C suivie d'un refroidissement à l'air.

Avantages, inconvénients et applications du 18CrNiMo7-6

Les avantages

Ultra-High Hardenability: permet la fabrication d'engrenages et de roulements extrêmement grands, tels que les engrenages principaux des éoliennes d'un diamètre allant jusqu'à 2 mètres.

Résistance à la fatigue exceptionnelle: la forte liaison entre la couche carburisée et le noyau prolonge la durée de vie des engrenages de plus de 30% par rapport au 20CrMnTi.

Bonne ténacité à basse température: c'est le matériau préféré pour les équipements d'énergie éolienne de l'Arctique et les engrenages des avions, où les performances à basse température sont essentielles.

Large adaptabilité au processus: Compatible avec divers processus de renforcement, y compris la carburation, la nitruration et le durcissement par induction, permettant une personnalisation flexible en fonction des besoins de l'application.

Les défauts

Coût élevé: en raison de sa teneur élevée en nickel et en molybdène, le prix du 18CrNiMo7-6 est 2 à 3 fois supérieur à celui du 20CrMo. Cela limite son utilisation dans des applications non critiques et peu coûteuses.

Traitement difficile: un contrôle strict de la déformation du traitement thermique est nécessaire, ce qui exige des équipements avancés et des opérateurs qualifiés, ce qui augmente la complexité et le coût de fabrication globaux.

Champs d'application typiques

Industrie éolienne:

Les engrenages planétaires dans les boîtes de vitesses principales, qui doivent supporter des charges alternées de mégawatts pendant le fonctionnement des éoliennes.

Les roulements à piqûre et à piqûre, qui nécessitent une excellente résistance aux chocs à basse température pour fonctionner de manière fiable dans des environnements difficiles de parc éolien.

Industrie aérospatiale:

Les engrenages de réduction principaux des hélicoptères, qui doivent résister à des vitesses de rotation élevées et satisfaire à des exigences strictes en matière de performances en cas de fatigue afin d'assurer la sécurité de vol.

Points de transmission du moteur, où une résistance et une fiabilité élevées sont essentielles au bon fonctionnement des moteurs d'avion.

Industrie des machines lourdes:

Boîtes de vitesses de camions miniers, qui sont exposées à des chocs et à une usure sévères lors du transport de minéraux.

Rouleaux de transmission des laminoirs, nécessitant une dureté de surface élevée pour résister à l'usure des tôles métalliques pendant le processus de laminage.

Industrie automobile haut de gamme:

Boîtes de vitesses des voitures de course de Formule 1, où les propriétés légères et de haute résistance du matériau contribuent aux capacités de haute performance de la voiture.

Conclusion

Le 18CrNiMo7-6 représente le sommet des performances des aciers à engrenages carburés.ce qui en fait le matériau "go-to" dans les domaines haut de gamme tels que l'énergie éolienneDans l'avenir, avec la vulgarisation des technologies de traitement thermique vert (par exemple, la carburation sous vide) et le contrôle numérique des processus, les technologies de traitement thermique vertes seront de plus en plus utilisées dans le secteur de l'aérospatiale et des machines lourdes.le potentiel d'application du 18CrNiMo7-6 sera encore débloquéIl continuera à jouer un rôle crucial dans l'avancement des systèmes mécaniques de haute performance, répondant aux demandes en évolution de l'industrie moderne pour des matériaux plus fiables et plus efficaces.