FR2787529A1 - Paliers a roulement et dispositif de support d'arbre de transmission - Google Patents

Paliers a roulement et dispositif de support d'arbre de transmission Download PDF

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Abstract

Ce palier à rouleaux (2, 3, 6) a une durée de vie accrue. L'anneau extérieur (15), l'anneau intérieur (13) et les rouleaux coniques (16), sont en acier dans lequel les teneurs en Si et en Mn sont accrues, et après que l'acier ait été traité à une carbonitruration, il est trempé pour ajuster la quantité en austénite retenue de la couche carbonitrée formée sur la couche superficielle de chaque pièce à 20-50% en volume. On empêche ainsi un écaillage superficiel provenant de l'initiation et de la propagation de fissures.

Description

4.
PALIERS A ROULEMENT ET DISPOSITIF DE SUPPORT D'ARBRE DE
TRANSMISSION
CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention concerne palier à roulement convenant à une utilisation dans des conditions dans lesquelles la contamination par des débris et l'élévation de température sont importantes, et un dispositif de support d'arbre de transmission
automobile utilisant le palier à roulement.
Dans un différentiel ou une transmission automobile, les paliers à roulement sont utilisés pour supporter les arbres de transmission. La figure 1 représente un différentiel automobile dans lequel un arbre de transmission est supporté par un palier à rouleaux coniques, qui est l'un des modes de réalisation de la présente invention. Le différentiel comprend un pignon d'entraînement 4 supporté de façon à pouvoir tourner dans un logement 1 par deux paliers à rouleaux coniques 2, 3, un engrenage annulaire 5 en prise avec le pignon d'entraînement 4, un carter d'entraînement de différentiel 7 portant l'engrenage annulaire 5 et supporté de façon à pouvoir tourner dans le logement 1 par une paire de paliers à rouleaux coniques 6, des pignons 8 montés dans le carter d'entraînement de différentiel 7, et une paire d'engrenage latéraux 9 en prise avec les pignons 8. Ces derniers sont montés dans le logement 1 dans lequel est enfermée une huile. L'huile joue aussi le rôle d'huile lubrifiante pour les paliers à rouleaux coniques 2, 3 et 6. Etant donné qu'un dispositif de transmission de puissance tel que le différentiel décrit ci-dessus possède plusieurs parties de prise par engrenage et de nombreuses parties de glissement d'éléments rotatifs, des débris, tels qu'une poudre métallique produite au niveau de ces parties, tendent à se mélanger à l'huile enfermée dans le logement. Cette poudre peut pénétrer dans les paliers à roulement qui supportent les arbres de transmission tournant à grande vitesse et peut être piégée dans les bagues des éléments de roulement, entraînant de ce fait un écaillage superficiel sur les éléments de roulement ou des anneaux de roulement. Cet écaillage superficiel est censé être provoqué par l'initiation de fissures provenant de marques de
pression produites par les débris.
Afin d'empêcher l'initiation et la progression de ces fissures, dans la publication de brevet japonais examinée 62-29487, il est décrit une technique dans laquelle de l'acier de catégorie SUJ3 est utilisé en tant que matériau de roulement, il est trempé à une température élevée pour augmenter la quantité d'austénite retenue, et la vitesse de refroidissement pendant la trempe est ralentie pour diminuer la sensibilité aux fissures. Dans la publication de brevet japonais non examiné 7-190072, de l'acier de catégorie SUJ3 est utilisé pour un matériau d'anneau de roulement, et une carbonitruration est réalisée en plus du traitement thermique mentionné ci-dessus pour augmenter davantage la quantité d'austénite retenue
dans la couche superficielle.
1, ià, D'autre part, lors d'une utilisation récente des paliers à rouleaux, afin d'améliorer l'efficacité de rotation lors d'une rotation à grande vitesse, une tendance consiste à utiliser une huile lubrifiante de faible viscosité. Ainsi, l'élévation de température au niveau des parties de palier tend à être importante lorsque le contact métal contre métal augmente. Dans un tel cas, étant donné que les éléments de roulement possèdent une faible capacité calorifique et une faible diffusion de la chaleur parce que le contact avec les autres éléments est faible, leur élévation de température est la plus importante. Ainsi, un écaillage superficiel tend à se produire à la surface des éléments de roulement. Même si le matériau décrit dans la publication de brevet japonais 62-29487 est utilisé,
la durée de vie sous fatigue est insuffisante.
En outre, avec un palier à rouleaux coniques, étant donné que chaque rouleau conique tourne avec sa grande face d'extrémité guidée par la grande surface de nervure de l'anneau intérieur, une charge de butée est chargée sur la grande surface de nervure de l'anneau intérieur. Si le matériau décrit dans la publication de brevet japonais 7-190072 est utilisé pour l'anneau intérieur, bien que la durée de vie sous fatigue par contact de roulement avec contamination par débris puisse être améliorée, la durée de vie sous fatigue de la partie de nervure portant la charge de butée diminue. Un but de cette invention est proposer un palier à roulement et un dispositif de support d'arbre de transmission qui peuvent assurer une durée d'endurance prolongée même dans des conditions d'utilisation dans lesquelles des débris tendent à entrer et l'élévation
de température est importante.
RESUME DE L'INVENTION
Selon cette invention, il est proposé un palier à roulement dans lequel les éléments de roulement sont fabriqués à partir d'un acier contenant C: 0,8 à 1,5% en poids, Si: 0,4 à 1,2% en poids, Mn: 0,8 à 1,5% en poids et Cr: 0,8 à 1,8% en poids, dans lequel l'acier est soumis à une carbonitruration, et est ensuite trempé et recuit de sorte que la quantité en austénite retenue dans la partie superficielle soit de 20 à 50%
en volume.
En ce qui concerne la composition de l'acier en tant que matériau des éléments de roulement, la teneur en carbone doit être de 0,8 à 1,5% en poids pour obtenir une dureté de base par la trempe et aussi pour
augmenter la quantité en austénite retenue.
La teneur en silicium (Si) doit être d'au moins 0,4% en poids pour stabiliser l'austénite retenue dans la couche superficielle et pour empêcher un ramollissement à température élevée par addition de Si,
qui possède une résistance au ramollissement au recuit.
La limite supérieure est fixée à 1,2% en poids parce que si elle est supérieure à 1,2% en poids, la diffusion du carbone et de l'azote est empêchée pendant la carbonitruration; La teneur en Mn doit être de 0,8 à 1,5% en poids pour augmenter la durcissabilité et pour augmenter la quantité en austénite retenue au niveau de la couche superficielle. Une teneur en Mn excessive conduira à un abaissement de la capacité d'usinage à froid et à des fissures lors de la trempe. De plus, la quantité en austénite retenue de la couche superficielle sera trop élevée, de sorte que le durcissement à la trempe tend à être faible. Ainsi, la limite supérieure est limitée à
1,5% en poids.
La teneur en Cr doit être de 0,8 à 1,8% en poids parce que si elle est inférieure à 0,8% en poids, les carbures ne se formeront pas suffisamment même par carbonitruration, de sorte que la dureté tendra à diminuer lors de l'élévation de température. Si elle est supérieure à 1, 8% en poids, les carbures tendront à devenir gros et à devenir des points de départ de fissures en raison de la concentration de contraintes
pendant le contact de roulement.
En utilisant un acier ayant une telle composition en tant que matériaux pour les rouleaux et en augmentant la teneur en azote de la couche superficielle par carbonitruration, le point Ms (température de début de la transformation en martensite) dans la couche superficielle devient inférieure à celle dans la partie intérieure. En trempant un tel acier, la quantité d'austénite retenue augmente dans la couche superficielle des rouleaux. La quantité en austénite retenue de la couche superficielle peut donc être augmentée à 20% en volume
ou plus.
L'austénite retenue possède des propriétés de robustesse et de durcissement à l'usinage élevées et sert à empêcher l'initiation et la propagation des fissures. Mais il est instable à la chaleur. Les atomes d'azote qui ont pénétrés dans la couche superficielle pendant la carbonitruration formeront des matières solides dans l'austénite et rendront stable à la chaleur l'austénite retenue après la trempe. De plus, dans la couche superficielle, dans laquelle le point de Ms a diminué, la transformation en martensite commence plus tard qu'au coeur, et la quantité de transformation est inférieure à celle à coeur, de sorte qu'une contrainte de compression résiduelle se forme dans la couche superficielle. Il est donc possible d'augmenter également la résistance à la fatigue de la couche superficielle. La quantité en austénite retenue de la couche superficielle doit être de 20 à 50% en volume pour donner à la couche superficielle une robustesse convenable, et pour relâcher une concentration de contraintes due au contact les débris. Si elle est inférieure à 20% en volume, la robustesse n'est pas suffisante. Si elle est supérieure à 50% en volume, la dureté diminuera de façon remarquable, entraînant de ce fait une détérioration de la robustesse superficielle
en raison d'une déformation plastique.
Si des débris sont piégés ou si l'élévation de la température superficielle est importante, des fissures tendent à se former à la surface ou à la subsurface (à moins de 0,1 mm de la surface). Il est donc possible de prolonger la durée de vie par amélioration du matériau
de la couche superficielle de la manière décrite ci-
dessus. En tant que traitement thermique, y compris la carbonitruration, la carbonitruration peut être réalisée dans un gaz à température élevée dans lequel de l'ammoniac gazeux est ajoutée à une atmosphère de carburation, puis une trempe et un recuit sont réalisés. Pour ajuster la quantité en austénite retenue, un traitement en dessous de zéro peut être
combiné dans l'étape de traitement thermique.
En ajoutant 0,3% en poids ou moins de molybdène à l'acier en tant que matériau des éléments de roulement,
il est possible d'améliorer la robustesse.
De plus, en trempant à une température de 830 à 880 C et en ajustant la capacité de refroidissement H lors de la trempe dans une gamme de température de 300 C à 150 C à 0,2 cm-1 ou moins, il est possible de ralentir la vitesse de refroidissement à proximité du 1 ria -7 point de Ms et de diminuer la sensibilité aux fissures à 3 ou moins. Si la sensibilité aux fissures est de 3 ou moins, il est possible d'empêcher efficacement des fissures lors de l'emploi, ou d'empêcher la propagation des fissures rapidement même si des fissures se forment. Comme moyens pour ajuster la capacité de refroidissement pendant la trempe dans la gamme de température de 300 C à 150 C à 0,2 cm-' ou moins, une trempe dans un bain d'huile ou de sel chauffé à une
température prédéterminée peut être employée.
Si les éléments de roulement sont des rouleaux aciculaires, et si la quantité en austénite retenue de la couche superficielle est de 20 à 40% en volume, et si la dureté superficielle est de Hv 750 ou plus, il est possible d'empêcher un écaillage superficiel des rouleaux aciculaires et de prolonger leur durée de vie, même s'ils tendent à chauffer parce qu'ils possèdent une faible capacité calorifique et sont souvent montés sur des arbres grossièrement finis sans anneau de
transmission.
La limite supérieure de la quantité en austénite retenue est fixée à 40% en volume pour obtenir une dureté superficielle de Hv 750 ou plus. De plus, la dureté superficielle doit être de Hv 750 ou plus pour assurer une dureté superficielle suffisante même si les rouleaux aciculaires, qui sont soumis à une élévation
de température sévère, ramollissent.
Si les éléments de roulement sont des rouleaux coniques dans lesquels, entre les anneaux intérieur et extérieur du palier à roulement, au moins l'anneau intérieur est fabriqué à partir d'un acier cémenté contenant 0,4% en poids ou moins de carbone et dans lesquels, sur les couches superficielles des anneaux intérieur et extérieur, des couches carbonitrées sont formées, il est possible d'assurer une résistance à la
fatigue des parties de nervure de l'anneau intérieur.
Si la teneur en carbone dépasse 0,4% en poids, la dureté à coeur pendant la trempe sera trop élevée, de sorte que la robustesse devient moins bonne et la résistance à la fatigue diminue. En ce qui concerne l'anneau extérieur, il suffit qu'une couche carbonitrée puisse être formée. Ainsi, hormis l'acier cémenté utilisé pour l'anneau intérieur, il est possible
d'employer divers types d'acier de palier.
Si la quantité en austénite retenue de la couche superficielle des rouleaux coniques et des anneaux intérieur et extérieur est de 20-40% en volume, il est possible de fournir une robustesse convenable à la couche superficielle de chaque pièce et d'empêcher une augmentation excessive de la contrainte due au contact avec les débris. Si la quantité en austénite retenue est inférieure à 20% en volume, la robustesse sera insuffisante. Si elle est supérieure à 40% en volume, la dureté diminuera de façon remarquable, conduisant à une détérioration de la robustesse superficielle en raison d'une déformation plastique. Sur les grandes faces d'extrémité des rouleaux coniques et la grande surface de nervure de l'anneau intérieur, qui sont en contact par glissement les unes avec les autres, un grippage peut avoir lieu en raison d'une détérioration
de la robustesse superficielle.
Selon cette invention, il est proposé un dispositif de support d'arbre de transmission de véhicules dans lequel un arbre de transmission est supporté de façon à pouvoir tourner par un palier à rouleaux coniques dans un logement dans lequel de l'huile est enfermée hermétiquement, caractérisé en ce que les rouleaux coniques sont fabriqués à partir d'un acier contenant C: 0,8-1,5% en poids, Si: 0,4-1, 2% en poids, Mn: 0,8-1,5% en poids et Cr: 0,8-1,8% en poids, en ce qu'au moins l'anneau intérieur est fabriqué à partir d'un acier cémenté contenant 0,4% en poids ou moins de carbone, et en ce qu'une couche carbonitrée est formée sur les couches superficielles des rouleaux coniques, et des anneaux intérieur et extérieur, et qu'il est possible de prolonger remarquablement le cycle de maintenance, par exemple,
de différentiels et de transmissions.
Dans le dispositif de support d'arbre de transmission, en déterminant la quantité en austénite retenue des couches superficielles des rouleaux coniques et des anneaux intérieur et extérieur à 20 à % en volume, il est possible de fournir une robustesse convenable à la couche superficielle de chaque pièce, et d'empêcher une augmentation excessive
de la contrainte en raison du contact avec les débris.
D'autres caractéristiques et buts de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description
suivante en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en coupe droite d'un différentiel dans lequel est monté un dispositif de support d'arbre de transmission; la figure 2 est une vue en coupe droite d'un palier à rouleaux coniques en tant que palier à roulement d'un premier mode de réalisation, utilisé dans le dispositif de support d'arbre de transmission de la figure 1; la figure 3A est une vue en coupe droite d'un roulement à bille en tant que palier à roulement d'un deuxième mode de réalisation; la figure 3B est une vue en coupe partielle agrandie de ce dernier; la figure 4A est une vue en coupe droite d'un rouleau aciculaire en tant que palier à roulement d'un troisième mode de réalisation; la figure 4B est une vue en coupe partielle agrandie de ce dernier.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE
En référence aux figures 1 à 4, des modes de réalisation de cette invention vont être décrits. Les figures 1 et 2 représentent le premier mode de réalisation. La figure 1 représente un différentiel d'une automobile, dans lequel pour le support de l'arbre du pignon d'entraînement 4 et de l'arbre d'un carter d'entraînement de différentiel 7 sur lequel est monté un engrenage annulaire 5, un dispositif de support d'arbre de transmission utilisant des paliers à
rouleaux coniques 2, 3, 6 est employé.
La figure 2 représente un palier à rouleaux coniques 6 mettant en oeuvre la présente invention. Il comprend un anneau extérieur 15 formé d'une bague conique 14, un anneau intérieur 13 formé d'une bague conique 10, une grande surface de nervure 11 du côté de grand diamètre de la bague 10, et une petite surface de nervure 12 du côté du petit diamètre, une pluralité de rouleaux coniques 16 disposés de façon à pouvoir rouler entre les bagues respectives 10, 14 de l'anneau extérieur 15 et de l'anneau intérieur 13, et une butée 17 pour retenir les rouleaux coniques 16 à des
intervalles de circonférence prédéterminés.
On fabrique chacune des pièces, y compris l'anneau extérieur 15, l'anneau intérieur 13 et les rouleaux coniques 16, en utilisant un acier ayant les compositions chimiques présentées en tant qu'exemples dans le tableau 1 en tant que matériau, et en le soumettant à une carbonitruration dans une atmosphère de carburation à 860 C dans laquelle est ajoutée de
l'ammoniac gazeux, et en le trempant dans de l'huile.
Sur les surfaces des pièces, on forme des couches carbonitrées dans lesquelles la quantité en austénite retenue est de 20 à 40% en volume. Pour chaque pièce des paliers à rouleaux coniques 2, 3 également, on utilise un matériau similaire et on le soumet à un
traitement thermique similaire.
Ci-dessous, on énumère les exemples et les
exemples comparatifs du premier mode de réalisation.
[Exemples]
On prépare en tant qu'exemples 1-6 des paliers à rouleaux coniques ayant des rouleaux coniques et des anneaux intérieur et extérieur dont les compositions chimiques, le traitement thermique et la quantité en austénite retenue des couches superficielles sont tels que présentés dans le tableau 1. Les dimensions des paliers sont de 40 mm de diamètre intérieur, de 68 mm
de diamètre extérieur et de 19 mm de largeur.
[Exemples comparatifs] On prépare en tant qu'exemples comparatifs 1 à 8 des paliers à rouleaux coniques ayant des rouleaux coniques et des anneaux intérieur et extérieur dont les compositions chimiques, le traitement thermique et les quantités en austénite retenues des couches superficielles sont tels que présentés dans le tableau 1. Les dimensions des paliers sont les mêmes que dans les exemples. Dans les exemples comparatifs 1 et 2, les compositions chimiques des rouleaux coniques sont à l'extérieur de la gamme de la présente demande. Dans les exemples comparatifs 3 à 5, les compositions chimiques de l'anneau intérieur sont à l'extérieur de la gamme de la présente demande. Dans les exemples comparatifs 6 et 7, le traitement thermique des anneaux intérieur et extérieur est à l'extérieur de la gamme de la présente demande et, dans l'exemple comparatif 8, les anneaux intérieur et extérieur sont traités
thermiquement uniquement par durcissement.
En ce qui concerne les paliers à rouleaux coniques des exemples et des exemples comparatifs, un essai de durée de vie lors d'une contamination par des débris et un essai de fatigue de la nervure de l'anneau intérieur sont réalisés. Un résumé de chaque essai et des
conditions des essais est le suivant.
(Essai de durée de vie lors d'une contamination par des débris) On monte des paliers à rouleaux coniques sur un arbre rotatif dans un bain d'huile lubrifiante avec des débris, et on réalise un essai de durée de vie dans les conditions suivantes. Le nombre d'échantillons étudiés pour les paliers à rouleaux coniques est N = 10. La durée d'endurance est évaluée en termes de durée de vie L10 (durée jusqu'à ce que 90% des échantillons soient utilisables sans rupture). Pour tout échantillon, une rupture des échantillons est due à l'écaillage superficiel des rouleaux coniques ou des anneaux
intérieur et extérieur.
Charge appliquée: 17,64 kN Vitesse de rotation: 2000 tours par minute Huile lubrifiante: huile de turbine VG56 Débris: poudre métallique atomisée en phase gazeuse (diamètre de particule: 100-180 gm, dureté: Hv 700-800, quantité: 1 g/litre) (Essai de fatigue de la nervure de l'anneau intérieur) On comprime une extrémité d'arbre d'un rouleau ayant un diamètre de 10 mm contre une nervure de chaque anneau intérieur fixé tout en appliquant une charge préalable, et on applique de façon répétée des charges dans la direction axiale du rouleau. Dans cet état, on réalise un essai de fatigue dans les conditions suivantes. On juge la résistance à la fatigue par les fissures développées au niveau de l'enfoncement de la nervure. Le nombre des échantillons et N = 3, et on le détermine à partir de courbes S-N. On évalue la résistance à la fatigue à une charge correspondant à un nombre de répétitions de I0o. Charge appliquée: 2,94, 3,92, 4,90 kN (charge préalable de 0,49 kN) Vitesse de charge: 800 cpm (cycle par minute) Les résultats de chaque essai sont présentés dans le tableau 2. En ce qui concerne les rapports de durée de vie et les rapports de résistance à la fatigue dans le tableau, on utilise la valeur de l'exemple comparatif 8 en tant que valeur de référence. En ce qui concerne les paliers à rouleaux coniques des exemples, les durées de vie L10 dans l'essai de durée de vie lors d'une contamination par des débits sont de 100 heures ou plus, et les rapports de résistance à la fatigue des nervures de l'anneau intérieur dans l'essai de fatigue sont de 2,0 ou plus. Ainsi, dans tous les essais, on
obtient de bons résultats.
En revanche, pour les exemples comparatifs 1 et 2, dans lesquels les compositions chimiques des rouleaux coniques sont à l'extérieur de la gamme de la présente demande, la durée de vie L10 dans l'essai de durée de vie lors d'une contamination par des débris est inférieure à 100 heures. De plus, pour les exemples comparatifs 3 à 5, dans lesquels les compositions chimiques de l'anneau intérieur sont à l'extérieur de la gamme de la présente demande, certains d'entre eux présentent une durée de vie L10 dépassant 100 heures, mais la résistance à la fatigue de la nervure de l'anneau intérieur est faible. La raison en est que, étant donné que la teneur en carbone de l'anneau intérieur est élevée, la dureté à coeur après le traitement thermique est trop élevée. Dans les exemples
I T 11 -
comparatifs 6 à 8, dans lesquels les anneaux intérieur et extérieur ne sont pas soumis à une carbonitruration,
leurs résultats d'essai sont tous moins bons.
La figure 3A représente un roulement à billes en tant que deuxième mode de réalisation du palier à roulement. Dans le roulement à billes, les rainures de bague 23, 24 ayant une section courbe sont formées respectivement sur la surface du diamètre intérieur de l'anneau extérieur 21 et sur la surface du diamètre extérieur de l'anneau intérieur 22. Entre ces rainures de bagues 23 et 24, une pluralité de billes 25 sont
maintenues par une butée 26.
On fabrique chaque bille 25 en réalisant une carbonitruration d'un acier ayant les compositions chimiques présentées, en tant qu'exemples, dans le tableau 3 dans une atmosphère de carburation à 860 C à laquelle on a ajouté de l'ammoniac gazeux, et en la trempant dans un bain de sel chauffé à 220 C de sorte que la rapidité de refroidissement pendant la trempe dans une gamme de températures de 300 C à 150 C soit de 0,2 cm-' ou moins. (A la place du bain de sel, une huile
de trempe à température régulée peut être utilisée).
Comme le montre la figure 3B, sur la surface de chaque bille 25, on forme une couche carbonitrée 25a ayant une
quantité en austénite retenue de 20 à 50% en volume.
Ci-dessous, on décrit les exemples du deuxième
mode de réalisation et des exemples comparatifs.
[Exemples]
On prépare des roulements à billes en utilisant des billes fabriquées par traitement thermique d'un acier ayant les compositions chimiques présentées dans le tableau 3 en tant qu'exemples 11-14 dans les conditions de carbonitruration et de trempe décrites ci-dessus. Les dimensions des roulements sont toutes de 30 mm de diamètre intérieur, de 62 mm de diamètre extérieur et le diamètre de la bille est de 3/8 de pouce. [Exemples comparatifs] On prépare des roulements à billes en utilisant des billes fabriquées par trempe dans un bain de sel à une température de 860 C à 220 C de l'acier ayant les mêmes compositions chimiques que dans les exemples 11 à 14 présentés dans le tableau 3 sans carbonitruration (exemples comparatifs 11 à 14 dans le tableau 3), et des roulements à billes en utilisant des billes fabriquées par traitement chimique d'acier ayant les compositions chimiques qui sont à l'extérieur de la gamme de la présente demande, dans les mêmes conditions que dans les exemples décrits ci-dessus (exemples comparatifs 15 à 17). De plus, on prépare aussi un roulement à billes en utilisant des billes fabriquées par trempe d'acier de roulement classique SUJ2 (exemple comparatif 18 dans le tableau 3). Les dimensions de chaque roulement sont les mêmes que celles des
exemples.
On monte les roulements à billes des exemples et des exemples comparatifs sur un arbre rotatif d'un dispositif d'essai pour réaliser un essai dans une huile de faible viscosité dans lequel on utilise de l'huile de faible viscosité en tant qu'huile lubrifiante, et l'essai de contamination par des débris décrit ci-dessus. Les conditions d'essai sont les suivantes. Le nombre d'échantillons dans chaque essai est N = 10. On évalue la durée d'endurance en durée de
vie L10.
(Essai dans une huile de faible viscosité) Charge appliquée: 6,86 kN Vitesse de rotation: 2000 tours par minute Huile lubrifiante: Fluide à grande vitesse VG1.5 (Essai de durée de vie lors d'une contamination par des débris) Charge appliquée: 6,86 kN Vitesse de rotation: 2000 tours par minute Huile lubrifiante: Huile de turbine VG56 Débris: poudre métallique atomisée en phase gazeuse (diamètre de particule: 100- 180 im, dureté: Hv 700-800, quantité: 1 g/litre) Les résultats de chaque essai sont présentés dans le tableau 2. En ce qui concerne les rapports de durée de vie dans le tableau, la valeur de l'exemple
comparatif 18 est utilisée comme valeur de référence.
En ce qui concerne les roulements à billes des exemples, les rapports de durée de vie par rapport à l'exemple comparatif 18 sont supérieurs de 4,5 fois ou
plus et sont excellents.
En revanche, pour les exemples comparatifs 1 et 2, qui ne sont pas soumis à une carbonitruration, le rapport de durée de vie est inférieur à 3. Pour les exemples comparatifs 15-17, dans lesquels les compositions chimiques ne sont pas dans la gamme, le rapport de durée de vie dans l'essai de durée de vie
lors d'une contamination par des débris est moins bon.
Ceci est probablement dû, dans l'exemple comparatif 15 dans lequel la teneur en Si est excessive, au fait que la carbonitruration est empêchée, dans l'exemple comparatif 16 dans lequel la teneur en Cr est excessive, au fait que les carbures deviennent grossiers, et dans l'exemple comparatif 17 dans lequel la teneur en Mn est trop élevée, au fait que la quantité en austénite retenue de la couche
superficielle dépasse 50% en volume.
La figure 4A représente un palier à rouleaux aciculaires en tant que troisième mode de réalisation d'un palier à roulement. Dans le palier à rouleaux aciculaires, une pluralité de rouleaux aciculaires 31 sont retenus par une butée 32. Chaque rouleau aciculaire 31 est fabriqué par carbonitruration d'un acier ayant les compositions chimiques présentées dans le tableau 5 en tant qu'exemples dans une atmosphère de carburation à 860 C à laquelle est ajoutée de l'ammoniac gazeux, et par trempe dans unbain de sel chauffé à 220 C de sorte que la vitesse de refroidissement pendant la trempe dans la gamme de températures de 300 C à 150 C soit de 0,2 cm-' ou moins. (A la place du bain de sel, une huile de trempe à température régulée peut être utilisée). Comme le montre la figure 4B, sur la surface de chaque rouleau aciculaire 31, une couche carbonitrée 31a ayant une quantité en austénite retenue de 20-40% en volume et
une dureté superficielle de Hv 750 ou plus est formée.
Ensuite, on décrit les exemples du troisième mode
de réalisation et des exemples comparatifs.
[Exemples]
Les exemples 21-24 représentés dans le tableau 5 sont des paliers à rouleaux aciculaires ayant des rouleaux aciculaires fabriqués en soumettant des aciers ayant les compositions chimiques présentées dans le tableau 5 à un traitement thermique dans les mêmes conditions de carbonitruration et de trempe que décrites ci-dessus. Tous les paliers ont un diamètre
intérieur de 24 mm et un diamètre extérieur de 32 mm.
[Exemples comparatifs] Les exemples comparatifs 21-24 dans le tableau 5 sont des paliers à rouleaux aciculaires ayant des rouleaux aciculaires fabriqués à partir d'aciers ayant les mêmes compositions chimiques que les exemples 21 à 24 sans carbonitruration par trempe dans un bain de sel à une température de 220 C à 860 C pour la trempe. Les exemples comparatifs 25 à 27 sont des paliers à rouleaux aciculaires dont les rouleaux aciculaires sont fabriqués à partir des aciers dont les compositions chimiques sont à l'extérieur de la gamme de la présente
invention au traitement thermique mentionné ci-dessus.
L'exemple comparatif 28 est un palier à rouleaux aciculaires dont les rouleaux aciculaires sont fabriqués par trempe d'un acier de transmission classique SUJ2. Tous ces paliers ont les mêmes
dimensions que le palier des exemples.
On soumet ces exemples et ces exemples comparatifs à un essai de roulement dans lequel on fait rouler chaque rouleau aciculaire sur une bille en acier ayant une surface rugueuse pour accélérer l'initiation de l'endommagement superficiel, et à un essai de durée de vie avec lubrification en présence de débris. Le nombre d'échantillons pour chaque essai est N = 10 et la durée
de vie est évaluée en termes de durée de vie L10.
(Essai de roulement) Bille de matage: 5/8 de pouce (rugosité superficielle Ra = 0,08 jm) Pression de contact maximale: 5,9 GPa Vitesse de charge: 14600 cycles par minute Lubrifiant: huile de turbine VG10 (Essai de durée de vie lors de la contamination par des débris) Charge appliquée: 5,88 kN Vitesse de rotation: 7000 tours par minute Huile: Huile de turbine VG56 (bain d'huile) Débris mélangés: poudre métallique atomisée en phase gazeuse (diamètre de particule: 32 à 53 Mm, dureté: Hv 700 à 800, quantité mélangée: 0,4 gramme par litre) Les résultats des essais sont présentés dans le tableau 6. La durée de vie L10 est exprimée par le rapport à la durée de vie L10 de l'exemple comparatif Ti l' I 28. Comme indiqué, la durée de vie de l'un quelconque des exemples est d'au moins 5 fois la durée de vie de
l'exemple comparatif 28.
En revanche, la durée de vie L10 de l'un quelconque des exemples comparatifs 21-24 est inférieure à trois fois la durée de vie L10 de l'exemple comparatif 28. Pour les exemples comparatifs à 27, le rapport de durée de vie dans l'essai de durée de vie lors d'une contamination par des débris est moins bon, bien que le rapport de durée de vie dans
l'essai de roulement est relativement élevé.
Selon la présente invention, un acier dans lequel les teneurs en Si et en Mn sont accrues est utilisé en tant que matériau pour au moins les rouleaux, et ce dernier est trempé après une carbonitruration de façon à ce que la quantité en austénite retenue de la couche superficielle du rouleau soit de 20 à 50% en volume. Il est donc possible d'empêcher un écaillage superficiel dû à l'initiation et à la propagation de fissures, et d'améliorer remarquablement la durée d'endurance dans des environnements dans lesquels la contamination des débris ou l'élévation de température au niveau des parties de palier sont importantes! En outre, dans le cas des paliers à rouleaux aciculaires, en fixant la quantité en austénite retenue de la couche superficielle des rouleaux aciculaires en tant qu'éléments de roulement à 20 à 40% en volume, et la dureté superficielle à Hv 750 ou plus, il est possible d'empêcher un écaillage superficiel des rouleaux aciculaires, qui sont soumis à une élévation
de température sévère et de prolonger sa durée de vie.
En outre, dans le cas d'un palier à rouleaux coniques, des anneaux intérieur et extérieur, au moins l'anneau intérieur avec des nervures est fabriqué à partir d'un acier cémenté contenant 0,4% en poids ou moins de carbone, et des couches carbonitrées sont formées sur les couches superficielles des anneaux intérieur et extérieur pour assurer une résistance à la fatigue au niveau des parties de nervure de l'anneau intérieur et de prolonger sa durée de vie. De plus, avec le dispositif de support d'arbre d'entraînement automobile selon la présente invention, étant donné que l'arbre d'entraînement est supporté par le palier à rouleaux coniques décrit ci-dessus, il est possible de prolonger remarquablement le cycle de maintenance du dispositif de transmission de puissance,
tel que des différentiels.
TABLEAU 1
Echan- composition chimique du rouleau conique Teneur en carbone (% en Pd) des (% en Pd) anneaux intérieur et extérieur tillon C Ni Mn Cr Mo Traitement [ C Traitement % Dureté à thermique retenu thermique retenu coeur Ex. 1 1,0 0,5 1,0 1,1 -- Carbo- 32 0,22 Carbo- 25 40 nitruration nitruration Ex. 2 1,0 0,5 1,0 1,2 -- Carbo- 33 0,25 Carbo- 23 43 nitruration nitruration Ex. 3 0,8 1,2 1,0 1,2 -- Carbo- 26 0,35 Carbo- 29 53 nitruration nitruration Ex. 4 1,1 0,5 1,0 1,2 0,25 Carbo- 30 0,25 Carbo- 38 44 nitruration nitruration Ex. 5 1,5 0,4 0,8 1,8 -- Carbo- 27 0,35 Carbo- 35 54 nitruration nitruration Ex. 6 1,2 0,6 1,5 1,0 - Carbo35 0,40 Carbo- 32 55 nitruration nitruration Ex. 0,35 0,25 0,85 1,1 -Carbo- 38 0,22 Carbo- 25 43 comp. 1 nitruration nitruration Ex. 0,35 0,5 1,1 0, 55 0,25 Carbo- 36 0,40 Carbo- 32 56 comp. 2 nitruration nitruration Ex. 1,0 0,5 1,0 1,1 -- Carbo- 32 1,02 Carbo- 32 61 comp. 3 nitruration nitruration Ex. 1,0 0,5 1,0 1, 1 -- Carbo- 32 0,75 Carbo- 23 60 comp. 4 nitruration nitruration Ex. 1,0 0,5 1,0 1,1 -- Carbo- 32 0,50 Carbo- 38 58 comp. 5 nitruration nitruration Ex. 1,0 0,5 1,0 1, 1 -Carbo- 32 0,22 Carbo- 26 44 comp. 6 nitruration nitruration Ex. 1,1 0,5 1,0 0,5 -- Carbo- 29 0,40 Carbo- 32 56 comp. 7 nitruration nitruration Ex. 1,0 0,5 1,0 1, 1 -- Carbo- 32 1,02 -- 7 60 comp. 8 nitruration durcissement Note % retenu (austénite) est le % en volume de la couche superficielle Dureté intérieure est en HRC
TABLEAU 2
Echantillon Essai de durée de vie Essai de fatigue de la lors d'une contamination nervure de l'anneau par des débris intérieur Durée de vie Rapport de Résistance à Rapport de L10 (h) durée de vie la fatigue résistance (kN) Exemple 1 115 4,1 5,13 2,3 Exemple 2 105 3,8 5,33 2,4 Exemple 3 101 3,6 4, 90 2,2 Exemple 4 106 3,8 5,35 2,4 Exemple 5 109 3,9 4,70 2,1 Exemple 6 128 4,6 6,04 2,0 Exemple 89 3,2 5,13 2,3 comparatif 1 Exemple 92 3,3 4,68 2,1 comparatif 2 Exemple 115 4,1 3,34 1,5 comparatif 3 Exemple 99 3,5 3,56 1,6 comparatif 4 Exemple 76 2,7 3,57 1,6 comparatif 5 Exemple 24 0,9 3,89 1,7 comparatif 6 Exemple 46 1,6 4, 00 1,8 comparatif 7 Exemple 28 1,0 2,23 1,0 comparatif 8 Note: La résistance à la fatigue correspond à la charge pour une répétition l05 fois. ki l a
TABLEAU 3
Echantillon Compositions chimiques Carbo-
(en % en Pd) nitruration C Si Mn Cr Mo Exemple 11 1, 0 0,5 1,0 1,5 -- 0 Exemple 12 1,0 0,5 1,0 0,9 - - O Exemple 13 0,8 1,2 1,0 0,8 -- O Exemple 14 1,1 0,5 1,0 0,9 0,2 O Exemple 1,0 0,5 1,0 1,5 -- X comparatif 11 Exemple 1,0 0,5 1,0 0,9 - - X comparatif 12 Exemple 0,8 1,2 1,0 0,8 -- X comparatif 13 Exemple 1,1 0,5 1,0 0,9 0,2 X comparatif 14 Exemple 1,1 1,5 1,0 1,5 -- 0 comparatif 15 Exemple 1,1 0,7 1,0 2,0 -- O comparatif 16 Exemple 1,1 0,7 1,8 1,1 -- O comparatif 17 Exemple 1,0 0,2 0,5 1,5 -- X comparatif 18
TABLEAU 4
Echantillon Essai d'huile de faible Essai de durée de vie lors viscosité d'une contamination par des débris Durée de Rapport de Durée de Rapport de vie (h) durée de vie vie (h) durée de vie Exemple 11 482 5,2 93 4,9 Exemple 12 420 4,6 99 5,2 Exemple 13 431 4,7 95 5,0 Exemple 14 503 5,5 108 6,1 Exemple 251 2,7 34 1,8 comparatif 11 Exemple 205 2,3 40 2,1 comparatif 12 Exemple 218 2,4 38 2,0 comparatif 13 Exemple 260 2,9 44 2,3 comparatif 14 Exemple 437 4,8 53 2,8 comparatif 15 Exemple 380 4,2 36 1,9 comparatif 16 Exemple 303 3,3 57 3,0 comparatif 17 Exemple 91 1,0 19 1,0 comparatif 18
TABLEAU 5
Echantillon Composition chimique Carbo-
(en % en Pd) nitruration C Si Mn Cr Mo Exemple 21 1, 0 0,6 1,0 1,4 -- O Exemple 22 1,2 0,6 1,0 1,2 - - O Exemple 23 0,8 1,2 1,0 0,8 -- O Exemple 24 1,1 0,6 1,0 1,4 0,2 O Exemple 1,0 0,6 1,0 1,4 -- X comparatif 21 Exemple 1,2 0,6 1,0 1,2 - - X comparatif 22 Exemple 0,8 1,2 1,0 0,8 -- X comparatif 23 Exemple 1,1 0,6 1,0 1,4 0,2 X comparatif 24 Exemple 1,1 1,5 1,0 1,5 -- O comparatif 25 Exemple 1,1 0,7 1,0 2,0 -- O comparatif 26 Exemple 1,1 0,7 1,8 1,1 O comparatif 27 Exemple 1,0 0,2 0,5 1,5 X comparatif 28
7 I,. _
TABLEAU 6
Echantillon Essai d'huile de faible Essai de durée de vie lors viscosité d'une contamination par des débris Durée de Rapport de Durée de Rapport de vie (h) durée de vie vie (h) durée de vie Exemple 21 3030 x 104 5,0 130 6,2 Exemple 22 3780 x 104 6,2 109 5,2 Exemple 23 3290 x 104 5,4 111 5,3 Exemple 24 3800 x 104 6,2 128 6,1 Exemple 1540 x 104 2,5 61 2,9 comparatif 21 Exemple 1330 x 104 2,2 58 2,8 comparatif 22 Exemple 1480 x 104 2,4 48 2,3 comparatif 23 Exemple 1500 x 104 2,5 60 2,9 comparatif 24 Exemple 3000 x 104 4,9 73 3,5 comparatif 25 Exemple 2490 x 104 4,1 72 3,4 comparatif 26 Exemple 2300 x 104 3,8 70 3,3 comparatif 27 Exemple 610 x 104 1,0 21 1,0 comparatif 28

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Palier à roulement (2, 3, 6) comprenant des éléments de roulement, caractérisé en ce que les éléments de roulement sont fabriqués à partir d'un acier contenant C: 0,8 à 1,5% en poids, Si: 0,4 à 1,2% en poids, Mn: 0,8 à 1,5% en poids et Cr: 0,8 à 1,8% en poids, caractérisé en ce que ledit acier est soumis à une carbonitruration, et est trempé et recuit de sorte que la quantité en austénite retenue de la
partie superficielle soit de 20-50% en volume.
2. Palier à roulement (2, 3, 6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 0,3% en poids ou
moins de molybdène est ajouté audit acier.
3. Palier à roulement (2, 3, 6) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite trempe est démarrée à une température de 830 à 880 C, et la capacité de refroidissement H pendant la trempe dans une gamme de températures de 300 C à 150 C est
ajustée à 0,2 cm-1 ou moins.
4. Palier à roulement (2, 3, 6) selon l'une
quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce
que lesdits éléments de roulement sont des rouleaux aciculaires (31), et en ce que la quantité en austénite retenue de la couche superficielle est de 20 à 40% en volume, et la dureté superficielle est de Hv 750 ou
plus.
5. Palier à roulement (2, 3, 6) selon l'une
quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un
anneau intérieur (13), un anneau extérieur (15) et des éléments de roulement, caractérisé en ce que lesdits éléments de roulement sont des rouleaux coniques (16), en ce qu'au moins ledit anneau intérieur (13) est fabriqué à partir d'un acier cémenté contenant 0,4% en poids ou moins de carbone, et en ce que, sur les ïl moIu couches superficielles desdits anneaux intérieur et
extérieur (13, 15), une couche carbonitrée est formée.
6. Palier à roulement (2, 3, 6) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la quantité en austénite retenue de la couche superficielle desdits rouleaux coniques (16) et desdits anneaux intérieur et
extérieur (13, 15) est de 20 à 40% en volume.
7. Dispositif de support d'arbre de transmission automobile, caractérisé en ce que un arbre de transmission est supporté de façon à pouvoir tourner par un palier à rouleaux coniques (16) dans un logement dans lequel de l'huile est enfermée hermétiquement, ledit palier à rouleaux coniques (16) comprenant un anneau intérieur (13), un anneau extérieur (15) et des rouleaux coniques (16), caractérisé en ce que lesdits rouleaux coniques sont fabriqués à partir d'un acier contenant C: 0,8 à 1,5% en poids, Si: 0,4 à 1,2% en poids, Mn: 0,8 à 1, 5% en poids et Cr: 0,8 à 1,8% en poids, en ce qu'au moins ledit anneau intérieur (13) est fabriqué à partir d'un acier cémenté contenant 0,4% en poids ou moins de carbone, et en ce qu'une couche carbonitrée est formée sur les couches superficielles des rouleaux coniques (16), et desdits anneaux
intérieur et extérieur (13, 15).
8. Dispositif de support d'arbre de transmission automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité en austénite retenue de la couche superficielle desdits rouleaux coniques (16) et desdits anneaux intérieur et extérieur (13, 15) est de 20 à 40%
en volume.
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