Matériaux utilisés dans la fabrication d’engrenages & Acier à outils
Les matériaux utilisés dans les boîtes de vitesses de course subissent des défaillances dues à une combinaison de surcharge mécanique, usure, fatigue et chocs. Malgré une ingénierie de pointe, les conditions extrêmes de la course poussent chaque composant à ses limites. Les boîtes de vitesses de course doivent également rester légères tout en respectant des contraintes d’encombrement strictes afin de conserver un avantage concurrentiel. Le choix des matériaux adaptés peut certes contribuer à résoudre de nombreux problèmes ; toutefois, un entretien régulier, une conception technique rigoureuse et une bonne technique de conduite sont également essentiels pour garantir la fiabilité.
Les aciers utilisés pour la fabrication des composants des boîtes de vitesses de course se répartissent généralement dans les catégories suivantes :
| Catégorie | Applications typiques |
| Aciers de cémentation | Engrenages |
| Nuances à haute résistance et nitrurées, trempées à cœur | Anneaux et tiges pour chiens |
| Aciers pré-trempés de résistance moyenne | Réduit les contraintes exercées sur les composants, par exemple les fourches de sélection, les cylindres et les entretoises |
Causes les plus courantes de défaillance liée aux matériaux
1. Surcharge et pics de couple
- Dans le domaine de la course automobile, la chaîne cinématique doit transmettre des couples et des puissances très élevés ; il n’est donc pas rare que la boîte de vitesses soit soumise à des surcharges dépassant ses limites de conception habituelles.
- Les accélérations brusques, les rétrogradations agressives et le patinage des roues peuvent provoquer des pics de couple susceptibles d’endommager les engrenages et les arbres.
Haute résistance à la traction (≥ 1 300 MPa)
Limite d’élasticité élevée (≥ 1 000 MPa)
Résilience élevée à la rupture, en particulier au cœur
Nuances de cémentation superficielle
Les aciers BÖHLER V135 & et E108 offrent précisément ces propriétés, en conservant un cœur à haute résistance et tenace sous une couche superficielle dure. Cela signifie que les dents des engrenages peuvent résister à des surcharges soudaines.
Grâce aux aciers trempés à haute résistance BÖHLER W460, W360 & V132, les possibilités sont innombrables pour augmenter la dureté et la résistance, offrant ainsi aux concepteurs un large éventail de solutions pour améliorer les performances des composants et réduire les défaillances.
2. Usure des bagues pour chiens et des mécanismes de verrouillage
- Ces pièces s’usent rapidement, notamment en cas de fortes sollicitations et de changements de vitesse brusques.
- La plupart des boîtes de vitesses de course utilisent un système de sélection à cliquets (au lieu de synchroniseurs) afin de réduire les temps de passage de vitesse.
Dureté élevée >40 HRC
Duretés de cémentation plus élevées (60–64 HRC) avec une profondeur effective de 0,8–1.5 mm
Aciers cémentés à haute / moyenne résistance
Les aciers haute performance offrent une multitude de possibilités pour améliorer la dureté, la résistance à la compression & et la résistance à l’usure dans les applications les plus exigeantes. Si nécessaire, la dureté de surface peut être encore augmentée par nitruration.
3. Fatigue et limites des matériaux
- Même les matériaux haut de gamme atteignent leurs limites dans les environnements très exigeants du sport automobile.
- Les cycles de contrainte répétés provoquent une fatigue des engrenages, des arbres et des roulements, ce qui finit par entraîner des fissures ou une défaillance catastrophique.
Amélioration de la propreté : la plupart des ruptures par fatigue trouvent leur origine dans des inclusions internes.
Aciers destinés à la cémentation et au trempage complet
Les aciers haute performance de Böhler sont souvent refondus à l’aide de :
- VAR (refusion sous arc sous vide)
- PESR (refusion sous laitier électrolytique sous gaz protecteur)
Ces techniques de fabrication améliorent considérablement la pureté des aciers, notamment BÖHLER V135, M121 et E108, en éliminant les inclusions d’oxyde &et de sulfure qui réduisent considérablement la durée de vie en fatigue des composants.
4. Chocs (accidents, chocs contre les bordures de trottoir, etc.)
- Les chocs soudains dus aux bordures de trottoir, aux collisions ou à un jeu excessif de la transmission peuvent générer des forces irrégulières susceptibles d’endommager le carter de boîte de vitesses ou ses composants internes.
Résilience élevée à la rupture, en particulier au cœur
Nuances de cémentation superficielle
Les aciers à haute ténacité, tels que le BÖHLER M121, présentent des indices de ténacité à la rupture qui leur permettent de résister aux chocs sans se fissurer, en particulier à basse température ou à des vitesses de déformation élevées.
Aciers cémentés à haute / moyenne résistance Des aciers tels que BÖHLER K600, M238 & V358 sont conçus pour être résistants et supporter des charges d’impact. Si nécessaire, la dureté de surface peut être augmentée par nitruration