Le traitement thermique est l'étape où un engrenage acquiert sa résistance en service. Un engrenage taillé dans l'acier peut avoir la bonne géométrie, mais il s'usera, se piquera ou se cassera rapidement si la surface est trop tendre pour la charge. La plupart des engrenages industriels sont donc cémentés : une surface dure et résistante à l'usure sur un cœur tenace et amortisseur de chocs. Choisir le bon procédé de durcissement et le spécifier clairement sur le plan est l'une des décisions les plus importantes dans l'achat d'engrenages.
La cémentation est le procédé le plus courant pour les engrenages fortement chargés. L'engrenage est chauffé dans une atmosphère riche en carbone afin que le carbone diffuse dans la couche superficielle, puis il est trempé pour former une couche martensitique dure. Les profondeurs typiques vont de 0,3 mm à 2,0 mm selon le module et le service. Des matériaux comme le 20CrMnTi sont conçus pour ce procédé, et les engrenages cémentés sont le choix standard des transmissions automobiles et industrielles lourdes.
La trempe par induction chauffe uniquement la surface de la dent localement avec une bobine électromagnétique, suivie d'une trempe. Elle convient aux aciers à moyenne teneur en carbone comme le 45 ou le 40Cr, produit une surface dure tout en gardant un cœur tenace, et est efficace pour les grands engrenages ou les pièces avec des zones durcies ciblées. Comme seule la surface est chauffée, la distorsion est généralement plus faible et le procédé est rapide, mais la profondeur et la répartition atteignables dépendent de la géométrie de la dent et de la conception de la bobine.
La nitruration introduit de l'azote dans la surface à une température relativement basse, typiquement de 480 à 580 °C, sans trempe ultérieure. Elle produit une couche très dure et fine avec une distorsion minimale, ce qui la rend attractive pour les engrenages de précision qui ne doivent pas se déformer pendant le traitement. Elle convient aux engrenages à charge modérée avec des exigences de précision élevées, où la faible distorsion compense la profondeur plus faible.
La dureté est spécifiée en dureté de surface et dureté du cœur, généralement mesurée sur les échelles Rockwell ou Vickers. Les cibles typiques sont de 58 à 62 HRC sur le flanc de dent pour les engrenages cémentés, avec une dureté du cœur autour de 30 à 40 HRC pour la ténacité. L'acheteur doit indiquer la plage de dureté, la profondeur de couche, et si l'essai de dureté doit être effectué sur une éprouvette ou sur l'engrenage réel, car ces choix affectent le coût et le délai.
Pour un devis, incluez le grade du matériau, le procédé de durcissement attendu, la plage de dureté de surface et du cœur, et la profondeur de couche si l'application l'exige. Si vous n'êtes pas sûr, un fournisseur compétent peut recommander un procédé selon la charge, la vitesse, le module et l'environnement d'exploitation. Une spécification claire de traitement thermique sur le plan évite les reprises et raccourcit tout le cycle du projet.