Matériaux des arbres à cames & Acier à outils
Un arbre à cames de compétition joue un rôle essentiel dans les performances du moteur. Le positionnement et le profil de ses lobes sont conçus et fabriqués avec une précision exceptionnelle afin de garantir un rendement optimal. Bien que les défaillances catastrophiques des arbres à cames soient rares, les conditions d’utilisation exigeantes auxquelles ils sont soumis – telles que les forces élevées exercées par les ressorts de soupapes, les géométries de lobes agressives et l’utilisation d’huiles à faible viscosité pour améliorer les performances – posent des défis importants aux matériaux de cémentation et aux aciers à outils généralement utilisés. Ces conditions difficiles peuvent entraîner deux types principaux de dommages superficiels :
1. Usure ou déformation par adhérence ou par abrasion, notamment au niveau des extrémités des lobes
2. Pitting et écaillage, dus à la fatigue juste en dessous de la surface des lobes
Afin de garantir des performances optimales dans des conditions extrêmes, les arbres à cames de compétition sont de plus en plus souvent fabriqués à partir d’aciers à haute résistance, trempés à cœur, spécialement conçus pour offrir une résistance supérieure à l’usure. Ces alliages sont optimisés grâce à un affinage chimique précis, à une pureté accrue du matériau et à une trempabilité constante, ce qui leur permet de supporter des contraintes de contact élevées et de résister à la fatigue sous-superficielle. Éprouvés dans le sport automobile de haut niveau, ces aciers offrent la fiabilité nécessaire pour préserver l’intégrité et les performances du système de distribution tout au long de cycles de course exigeants.
Causes les plus courantes de défaillance liée aux matériaux
1. Usure ou déformation par adhérence ou par abrasion, notamment au niveau des extrémités des lobes
- L’usure par adhérence se produit lorsque des surfaces métalliques en contact sous haute pression subissent un phénomène localisé de soudage et de déchirement, entraînant un transfert de matière et une rugosité de surface. Cela est particulièrement crucial au niveau des nez de lobe, où se concentrent le contact glissant et les charges élevées.
- L’usure par abrasion et la déformation sont dues à l’action de particules dures ou d’aspérités qui entaillent la surface, enlèvent progressivement de la matière et modifient le profil de la came. Cela peut compromettre la précision du calage des soupapes et accroître les contraintes mécaniques sur l’ensemble du système de distribution.
Augmentation de la dureté superficielle : l’usure adhésive et l’usure par abrasion sont accélérées par une résistance insuffisante aux contraintes de contact et au frottement.
Les aciers haute performance de Böhler sont conçus pour :
- Haute résistance du noyau pour résister à la déformation sous des charges extrêmes
- Excellente aptitude au polissage pour garantir la douceur des surfaces de contact et réduire les frottements
Ces propriétés des matériaux, présentes dans des aciers tels que BÖHLER S693 & S390, améliorent considérablement la résistance à l’usure et l’intégrité de la surface, ce qui les rend idéaux pour les arbres à cames haute performance utilisés dans des conditions de course extrêmes.
2. Pitting et écaillage, dus à la fatigue juste en dessous de la surface des lobes
- La corrosion par piqûres et l’écaillage sont dus à une fatigue sous-jacente, dans laquelle des contraintes de contact répétées provoquent l’apparition de microfissures juste sous la surface. Au fil du temps, ces fissures se propagent et entraînent la formation de petits fragments qui se détachent, ce qui compromet l’intégrité de la surface et se traduit par une rugosité accrue, du bruit et une baisse des performances.
Les aciers haute performance BÖHLER sont conçus avec :
- Une pureté exceptionnelle du matériau afin d’éliminer les inclusions à l’origine de la fatigue
- Dureté élevée en surface et au cœur pour résister à l’usure et à la déformation
- Résistance à la fatigue supérieure pour supporter des cycles répétés de charges élevées
Des aciers tels que BÖHLER S690 allient ces propriétés pour offrir une durabilité et une fiabilité à long terme aux arbres à cames de compétition, même dans les conditions d’utilisation les plus exigeantes.
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