Ce qui fait d’un acier un acier à roulements
Les chemins de roulement supportent de très fortes contraintes de contact sur une très petite surface, répétées des millions de fois. Un acier de construction ordinaire ne peut pas le faire ; il se déforme ou se piquette tôt. L’acier à roulements est conçu pour cela : une forte teneur en carbone pour la dureté, du chrome pour la trempabilité, et une structure maîtrisée et propre pour qu’il y ait peu de points faibles à l’intérieur du métal.
Le cheval de bataille est l’acier à haute teneur en carbone et chrome. Dans les normes chinoises, il s’appelle GCr15 ; les équivalents les plus utilisés sont l’AISI 52100 aux États-Unis et le 100Cr6 en Europe. Les plages de composition chimique diffèrent légèrement d’une norme à l’autre ; la formulation correcte est donc comparable et non identique, et la norme exacte est précisée dans la commande. Il sert pour la grande majorité des bagues, billes et rouleaux des machines générales, des moteurs et des véhicules.
Familles d’aciers et emplois
| Famille | Exemples | Domaine d’emploi |
|---|---|---|
| Chrome à haute teneur en carbone, trempé à cœur | GCr15, 52100, 100Cr6 | Bagues, billes et rouleaux standard d’usage général |
| Acier au chrome pour fortes sections | Nuances avec ajout de manganèse ou de silicium pour la trempabilité | Bagues épaisses et gros roulements |
| Cémentation (trempe superficielle) | Aciers alliés à bas carbone cémentés après usinage | Charges de choc, roulements à rouleaux coniques, séries anti-usure |
| Inox martensitique | 440C | Exposition à la corrosion, usage alimentaire et marin |
Les aciers de cémentation partent d’un faible taux de carbone et d’un cœur tenace. Après usinage, le carbone est diffusé en surface et la pièce est trempée, ce qui donne une couche dure sur un cœur plus tenace. Cela aide en service avec chocs et fortes charges et est courant pour les roulements à rouleaux coniques. L’acier à roulements inox 440C sacrifie une part de la durée de vie en fatigue au profit de la résistance à la corrosion ; voir les roulements en acier inoxydable et les roulements anti-usure.
Propreté et inclusions
Tout acier contient de minuscules particules non métalliques appelées inclusions (oxydes, sulfures, silicates) laissées par l’élaboration. Sous contrainte de contact cyclique, une inclusion dure proche du chemin de roulement peut amorcer une fissure de fatigue. L’acier à roulements est donc affiné, dégazé sous vide et coulé avec soin pour que les inclusions restent petites, peu nombreuses et bien dispersées. C’est ce que les acheteurs entendent par propreté ou qualité de l’acier.
La propreté est contrôlée par des méthodes de notation métallographique et des mesures de teneur en oxygène à l’aciérie. La méthode d’essai et le niveau d’acceptation sont convenus entre l’acheteur et le fournisseur, et le bureau ne cite pas de valeur sans le rapport de l’aciérie. En pratique, deux roulements de même désignation et de même dureté nominale peuvent avoir des durées de vie très différentes, et la propreté de l’acier est l’une des premières choses à examiner dans ce cas.
Traitement thermique et dureté
La dureté est produite par le traitement thermique, pas par l’acier seul. Une pièce en acier au chrome trempée à cœur est chauffée, trempée puis revenue. La dureté des bagues et billes en acier au chrome trempé à cœur est typiquement d’environ 58-65 HRC ; la cible exacte et la plage dépendent de la pièce, de la taille et du type de roulement et sont fixées par le plan et la norme de l’usine. Le revenu stabilise aussi les dimensions pour que le roulement ne change pas de taille en service aux températures normales.
- La trempe et le revenu fixent la dureté et la ténacité ; les écarts apparaissent sous forme de points mous ou de pièces cassantes.
- La stabilisation dimensionnelle compte pour les roulements qui fonctionnent chauds et pour les classes de précision.
- Les contrôles de microstructure sur un échantillon sectionné confirment l’uniformité de la trempe et la distribution des carbures.
La dureté est contrôlée sur les pièces finies par échantillonnage, dans le cadre du plan décrit sur la page essais et contrôle.
Certificats matière et traçabilité
Un certificat d’aciérie indique la nuance, la composition chimique et le numéro de coulée du lot d’acier, souvent avec des notes sur la propreté. Un numéro de lot de coulée permet de remonter d’un lot fini de bagues ou de billes à l’acier dont il est issu. Les documents typiques que le bureau peut demander par commande sont :
- Certificat d’aciérie pour l’acier, indiquant la nuance et la chimie par rapport à la norme indiquée.
- Relevé de traitement thermique du lot fini.
- Rapport de contrôle de dureté et de dimensions de l’usine.
- Déclarations matière telles que RoHS ou REACH lorsque le projet les exige.
Les documents sont convenus avant la commande et confirmés par écrit ; ils doivent correspondre au lot livré et ne pas être acceptés comme une déclaration générale.
Notes d’approvisionnement
L’acier est acheté sous la forme requise pour la pièce : barres et tubes pour les bagues, fil machine pour les billes et rouleaux. Les usines des principaux bassins de roulements achètent auprès d’aciéries proches ; le bureau associe la source d’acier et l’usine à la pièce et au niveau de qualité requis, plutôt qu’au seul prix. Les plages de référence typiques pour les volumes de composants et les délais figurent sur la page MOQ et délais. Pour voir comment l’acier devient une bague, lisez les bagues de roulements, ou revenez à la page pivot des composants.