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Tendances de développement des matériaux pour roulements

 

In roulementLa fabrication et les propriétés des matériaux déterminent directement la durée de vie, la fiabilité et les conditions de fonctionnement des roulements. Actuellement, les roulements sont principalement fabriqués en acier au chrome à haute teneur en carbone, comme le GCr15 et le GCr15SiMn. Ces dernières années, avec l'évolution des équipements vers des vitesses plus élevées, des charges plus importantes, des températures plus élevées et des conditions de fonctionnement plus complexes, les matériaux des roulements sont constamment améliorés, selon les axes de développement suivants :

 

1. Acier à roulement à haute trempabilité

 

Pour répondre aux besoins des pièces de roulement de grande taille et à parois épaisses, l'industrie a progressivement développé des aciers à roulement à haute trempabilité, tels que le GCr15SiMo et le GCr18Mo. Ces matériaux permettent d'obtenir une structure trempée uniforme sur de grandes sections transversales, améliorant ainsi la résistance globale et la durée de vie en fatigue des pièces, et conviennent aux roulements de grande taille et aux équipements lourds.

 

2. Acier à roulements trempé en surface

 

L'acier GCr4 à trempe superficielle est couramment utilisé dans les équipements lourds tels que les véhicules ferroviaires et les laminoirs. Grâce à un chauffage par induction à moyenne fréquence et un refroidissement rapide, une couche durcie d'une certaine profondeur est formée à la surface des pièces, conférant au palier une dureté superficielle et une ténacité à cœur élevées, et améliorant ainsi sa résistance à la fatigue et aux chocs.

 

3. Nouveaux types d'acier à roulement en acier inoxydable

Les aciers inoxydables traditionnels tels que le 9Cr18 et le 9Cr18Mo (440C) présentent une bonne résistance à la corrosion, mais sont sujets à la formation de carbures grossiers, ce qui affecte leur durée de vie en fatigue et la qualité de leur surface. L'acier inoxydable martensitique 0,7C-13Cr, développé ces dernières années, améliore encore la résistance à la fatigue de contact, la ténacité et la résistance à la corrosion des roulements grâce à la réduction des teneurs en carbone et en chrome et à la diminution des carbures eutectiques. Il est couramment utilisé dans les roulements de précision inoxydables, tels que les roulements de disques durs et les roulements d'équipements médicaux.

 

4. Acier allié à haute résistance

 

Les aciers à roulements de la série GT, grâce à une composition d'alliage optimisée, présentent une résistance et une ténacité accrues ainsi qu'une meilleure stabilité au revenu. Adaptés aux roulements à charges lourdes ou légères, ils offrent une longue durée de vie en conditions de lubrification optimale.

 

5. Acier à roulement résistant à la contamination

 

En pratique, la poussière ou les particules d'usure présentes dans l'huile de lubrification peuvent former des indentations sur la surface du palier, entraînant une concentration des contraintes et un écaillage prématuré par fatigue. Pour remédier à ce problème, le Japon a développé la série TF d'aciers à paliers résistants à la contamination (tels que TF, HTF, STF, NTF, etc.).

 

En optimisant la teneur en carbone et les proportions des éléments d'alliage, le matériau forme davantage de carbures fins et augmente la proportion d'austénite résiduelle, réduisant ainsi la concentration des contraintes aux bords des indentations. L'expérience pratique montre que les roulements fabriqués avec des aciers de la série TF peuvent avoir une durée de vie 4 à 10 fois supérieure en conditions de lubrification contaminée.

 

6. Acier à roulement quasi-haute température

Lorsque des roulements ordinaires en acier GCr15 sont utilisés dans des environnements dont la température varie de 100 °C à 200 °C, une zone blanche brillante de faible dureté se forme facilement dans la couche sous-jacente du matériau, réduisant ainsi la durée de vie du roulement. Pour remédier à ce problème, des aciers pour roulements quasi-haute température, tels que le NTJ2 et le KUJ7, ont été développés. En augmentant judicieusement la teneur en éléments comme le chrome, le silicium et le molybdène, la formation de ces zones blanches brillantes est limitée, ce qui permet aux roulements de conserver une bonne durée de vie et une bonne stabilité dimensionnelle, même à 150 °C.～180℃. Ces matériaux sont largement utilisés dans les moteurs automobiles, les générateurs et les équipements de travail à chaud.

 

7. Acier à roulement haute température

Dans les environnements à haute température et à grande vitesse, comme l'aérospatiale, les matériaux traditionnels sont insuffisants. Les aciers à roulement haute température de première génération, tels que T1, T2, T10 et M50, malgré leur dureté élevée à haute température, présentent une forte teneur en éléments d'alliage et un coût élevé.

 

Ces dernières années, l'Europe et les États-Unis ont développé une nouvelle génération d'aciers de cémentation haute température, tels que le M50NiL, le CBS1000 et le RBD. Parmi eux, le M50NiL est le plus répandu. Après cémentation, de fins carbures se forment en surface, générant des contraintes résiduelles de compression. Sa ténacité à cœur peut atteindre 2,5 fois celle du M50, ce qui lui confère une durée de vie en fatigue supérieure. Actuellement, il est principalement utilisé dans des équipements de pointe, comme les paliers d'arbre principal de moteurs d'avion. De manière générale, le développement des matériaux pour roulements progresse constamment vers une résistance accrue, une fiabilité renforcée, une meilleure résistance à la pollution et à la corrosion, ainsi que des performances optimales à haute température. Avec l'essor de l'aérospatiale, des équipements pour les énergies nouvelles et de la fabrication de haute précision, la recherche et l'application de nouveaux matériaux pour roulements continueront de s'intensifier, contribuant ainsi à l'amélioration des performances des roulements.