ASTM A295 Tubes de roulement en acier allié à haute teneur en carbone pour les applications automobiles

Le tube de roulement de précision sans soudure étiré à froid ASTM A295 est fabriqué à partir d'acier de qualité roulement à haute teneur en carbone destiné aux composants de roulements anti-friction soumis à des contacts de roulement répétés et à des charges cycliques élevées. Pour les applications de roulements automobiles, le 52100 est le grade principal car sa composition d'environ 1,0 % de carbone et 1,35-1,60 % de chrome offre la trempabilité, la résistance à l'usure, la stabilité dimensionnelle et les performances de fatigue requises pour les pistes de roulement et les composants de précision similaires.

Contrairement aux spécifications ordinaires de tubes mécaniques, l'ASTM A295 met un accent particulier sur la propreté métallurgique, le classement des inclusions, la structure à grain fin, le contrôle de la décarburation, l'état des carbures et la microstructure recuite spheroidisée. Ces exigences sont importantes lorsque le tube sans soudure étiré à froid est ensuite usiné en bagues de roulement automobiles et traité thermiquement à haute dureté.

L'ASTM A295 n'établit pas une plage universelle de diamètres extérieurs, d'épaisseurs de paroi ou de longueurs pour les tubes de roulement. La taille et la forme physiques sont convenues entre le fabricant et l'acheteur. Ceci est important pour l'approvisionnement en tubes de roulement automobiles de précision car les exigences dimensionnelles doivent donc être clairement indiquées dans la commande.

L'ASTM A295 contrôle les inclusions non métalliques car les inclusions d'oxyde, de sulfure et de silicate peuvent devenir des points d'initiation de fissures de fatigue sous contact de roulement.

Les exigences de classement des inclusions standard sont :

Pour les cinq compositions ASTM A295 présentées ci-dessous, l'oxygène est limité à un maximum de 0,0015 %. Une faible teneur en oxygène est particulièrement pertinente pour les performances de fatigue des roulements car les inclusions d'oxyde sont une considération de propreté critique dans les aciers pour roulements.

L'acier ASTM A295 doit être capable de développer une taille de grain de fracture fine d'environ ASTM n° 8 lorsqu'il est trempé à partir de températures d'austénitisation normales ne dépassant pas 843 °C.

Une structure à grain fin favorise un durcissement plus uniforme et aide à réduire les variations microstructurales localisées dans les composants de roulement de précision.

Pour les tubes recuits finis à froid, l'ASTM A295 établit la décarburation maximale admissible ou les imperfections de surface par côté selon la taille du tube.

Le contrôle de la décarburation est particulièrement important pour les bagues de roulement car une perte excessive de carbone près de la surface peut créer une dureté inégale après traitement thermique et nécessiter une marge d'usinage supplémentaire.

Lorsque le recuit est spécifié, l'ASTM A295 exige une microstructure complètement spheroidisée.

Pour l'acier 52100, la teneur lamellaire ne doit pas dépasser LC1. La taille des carbures et les limites d'acceptation du réseau de carbures doivent être convenues entre l'acheteur et le fabricant en fonction de la taille du composant et de l'application.

Le recuit spheroidisant améliore l'usinabilité avant que les bagues de roulement ne soient tournées, percées, rectifiées et finalement durcies.

L'ASTM A295 spécifie la dureté maximale selon l'état du produit :

Pour les petites sections où le test Rockwell B est impraticable, la résistance à la traction maximale est de 760 MPa.

Une préoccupation d'approvisionnement courante est de savoir si un tube simplement décrit comme "52100" a une propreté adéquate pour le service de roulement à contact roulant.

La composition chimique seule n'établit pas la qualité du roulement. L'ASTM A295 exige en outre un examen macrographique et une évaluation des micro-inclusions. Pour les approvisionnements nécessitant un contrôle de propreté plus strict, des exigences d'inspection supplémentaires peuvent également être spécifiées dans la commande.

Cela permet de baser les commandes de tubes pour roulements sur des critères métallurgiques mesurables au lieu de la seule désignation du grade.

Les fabricants de roulements automobiles usinent fréquemment des ébauches de tubes avant le durcissement final. Une décarburation excessive peut nécessiter un enlèvement de matière plus profond et réduire le rendement de fabrication.

L'ASTM A295 fournit des limites maximales définies de décarburation et d'imperfections de surface selon la taille du tube et l'état de traitement. L'état requis, la marge d'usinage et la méthode d'inspection peuvent donc être établis avant la production.

Pour les bagues de roulement de précision, la spécification d'achat doit indiquer la marge du composant fini plutôt que de se fier uniquement aux dimensions nominales du tube.

L'acier pour roulement contenant environ 1 % de carbone peut être difficile à usiner si la morphologie des carbures n'est pas correctement contrôlée.

Lorsque du matériau recuit est commandé selon l'ASTM A295, l'acier doit avoir une structure complètement spheroidisée. La taille des carbures, le réseau de carbures et la teneur lamellaire peuvent être évalués selon les exigences de microstructure applicables aux aciers pour roulements.

Cela fournit une condition de départ plus contrôlée pour le tournage CNC des bagues de roulement automobiles et réduit la variabilité avant le traitement thermique final.

Le tube sans soudure étiré à froid ASTM A295 52100 peut être utilisé comme matière tubulaire pour la fabrication de bagues extérieures de roulement de moyeu de roue automobile.

Le tube est découpé en ébauches de bagues, tourné par CNC à des dimensions quasi finales, traité thermiquement, puis rectifié avec précision. L'utilisation de matière tubulaire peut réduire la quantité de matériau à enlever de l'alésage par rapport à l'usinage de la même bague à partir d'une barre ronde pleine.

Pour cette application, les paramètres d'approvisionnement les plus importants sont la propreté de l'acier, la profondeur de décarburation, l'état des carbures, la constance dimensionnelle, la rectitude et la marge d'usinage.