Engrenage à vis sans fin Sélection des matériaux Il s'agit d'une décision d'appariement, et non d'une décision relative aux composants.

Une usure rapide dans une installation correctement spécifiée sur le papier indique généralement l'un des trois problèmes suivants. Premièrement, non-respect du différentiel de dureté : vérifiez la dureté de l'arbre avec un duromètre Rockwell portable plutôt que de vous fier uniquement au certificat de matériau. Un arbre livré en acier 40Cr mais n'ayant pas subi le traitement thermique approprié peut présenter une dureté de 35 à 42 HRC au lieu de 50 à 56 HRC, ce qui le place au niveau ou en dessous du minimum requis pour un différentiel adéquat avec le bronze à l'étain. Deuxièmement, problème de lubrification : une huile pour engrenages contenant des additifs EP attaque la roue en bronze. Troisièmement, contamination : des particules abrasives dans le lubrifiant ; même si vous identifiez et éliminez la source de contamination, les particules abrasives déjà présentes dans l'huile continuent d'abraser jusqu'à la vidange.

Il s'agit de l'erreur d'appariement décrite dans la règle de différence de dureté. Si votre arbre à vis sans fin est en acier C45 trempé par induction (50–55 HRC) ou en acier 40Cr trempé à cœur (50–56 HRC), vous ne pouvez pas simplement le remplacer par un acier ZCuAl10Fe3 sans vérifier que sa dureté est suffisante. Pour un acier 40Cr par rapport à un acier ZCuAl10Fe3, la différence de dureté est suffisante. Pour un acier C45 par rapport à un acier ZCuAl10Fe3, la marge est plus faible et doit être vérifiée par un calcul du risque de grippage à votre vitesse de glissement de fonctionnement. Si votre arbre est en acier C45 et que vous souhaitez une roue en bronze d'aluminium-fer, optez simultanément pour un arbre cémenté en acier SCM415 ; sa dureté supérieure est nécessaire pour un fonctionnement optimal avec l'alliage plus dur de la roue.

L'alliage ZCuSn12 présente une teneur en étain supérieure d'environ 20% à celle du ZCuSn10Pb1, ce qui lui confère une résistance à la traction légèrement supérieure (environ 250 MPa contre environ 220 MPa) et une dureté plus élevée (environ 90-110 HB contre environ 65-90 HB). La résistance à l'abrasion due à la phase plomb est similaire pour les deux nuances. Le ZCuSn12 est à privilégier lorsque la capacité requise est supérieure à celle du ZCuSn10Pb1 pour un même module, mais que l'application ne présente pas de contraintes mécaniques justifiant le recours au ZCuAl10Fe3.

Pour l'arbre à vis sans fin, oui — si le carter n'est pas parfaitement étanche et que l'arbre est exposé à l'atmosphère côtière, l'acier inoxydable SS316 est la spécification appropriée. Un arbre en acier au carbone zingué commencera à se piquer en 12 à 18 mois en milieu marin, et un arbre en acier inoxydable SS304 en 6 à 24 mois en raison de la corrosion par piqûres induite par les chlorures. Pour la roue à vis sans fin, si elle se trouve dans un carter étanche, le bronze à l'étain ZCuSn10Pb1 reste acceptable — le bronze résiste bien à la corrosion atmosphérique marine. En cas d'exposition directe aux embruns salés, le bronze aluminium-fer ZCuAl10Fe3 est plus résistant à l'encrassement biologique marin et à la corrosion intergranulaire qui se développent dans le bronze à l'étain sous l'effet de cycles répétés d'humidification et de séchage.

La substitution de matériaux dans la chaîne d'approvisionnement est plus fréquente que ne le pensent les ingénieurs, notamment pour les arbres achetés auprès de distributeurs intermédiaires. Un arbre en C45 et un arbre en 40Cr sont identiques avant traitement thermique. Un test de dureté confirme la dureté obtenue, mais pas l'alliage : il est possible de traiter thermiquement un arbre en C45 jusqu'à 50 HRC par trempe par induction, alors que la fiche technique spécifie une trempe à cœur de 52 HRC pour un arbre en 40Cr. Cette différence se traduit par une profondeur de cémentation et une durée de vie en fatigue moindres. Un certificat de matériau, associé au numéro de coulée, atteste de la composition de l'alliage, et non seulement de la dureté obtenue.

Oui, et c'est significatif pour les modules de grande taille. Le bronze à l'étain ZCuSn10Pb1 est un alliage de cuivre relativement cher ; à partir du module M6, la roue peut représenter une part importante du coût du train d'engrenages. Du moins cher au plus cher : POM/PA66 < laiton au manganèse < ZCuAl10Fe3 < ZCuSn10Pb1 < SS316. Il est important de noter que le coût des matériaux ne représente qu'une fraction du coût total d'installation : choisir un matériau inadapté et remplacer le train d'engrenages tous les six mois coûte bien plus cher que de faire le bon choix dès le départ.

La différence de durée de vie est généralement de 10:1, voire plus. Un jeu de disques correctement spécifié présente une usure progressive et contrôlée des flancs des dents sur des milliers d'heures, mesurable par analyse d'huile (nombre de particules), avec un avertissement suffisant avant que les limites dimensionnelles ne soient dépassées. Un jeu de disques mal spécifié (différence de dureté inadéquate, lubrifiant inapproprié, contamination) défaillit généralement par grippage ou usure abrasive rapide en 200 à 500 heures.

Un fonctionnement peu fréquent augmente, et non diminue, le risque de défaillance par lubrification limite. À chaque redémarrage, l'engrenage fonctionne en régime de lubrification limite (absence de film hydrodynamique) pendant les premières secondes à quelques minutes, le temps que la température et la vitesse de glissement permettent la formation du film. Un entraînement soumis à des arrêts et démarrages fréquents subit une lubrification limite proportionnellement plus importante par rapport à sa durée de fonctionnement totale. La propriété de lubrification limite en phase plomb de la roue en bronze d'étain est particulièrement précieuse pour les applications intermittentes. Il ne faut jamais conclure qu'une application peu fréquente peut tolérer des spécifications de matériau inférieures.