Acier 40CDV12 - 40CrMoV12 - FE-PL1507

Acier de nitruration 40CDV12

L'acier 40CDV12 est un acier faiblement allié au chrome-molybdène-vanadium, utilisé pour sa capacité à la nitruration. Les éléments indésirables entrant dans sa composition chimique (phosphore, soufre) sont maintenus à de très faibles teneurs (≤0,02 % chacun). Cette composition lui confère une excellente trempabilité et la capacité de former des nitrures durs en surface lors des traitements thermochimiques (grâce au Cr et V). Il existe aussi le E40CDV12, une version élaborée sous vide grâce à la refusion VAR. Cette dernière est choisie pour obtenir une meilleure homogénéité chimique, une solidification dirigée, et surtout une réduction efficace des gaz dissous (O, N, H). En évitant les impuretés, l'on rend l'alliage plus résistant à la fatigue : le E40CDV12 est donc préféré pour certaines applications critiques.

Propriétés mécaniques

Une fois traité thermiquement (trempe et revenu), le 40CDV12 atteint des performances élevées avec une résistance à la traction comprise entre 900 et 1100 MPa (pouvant atteindre jusqu’à 1470 MPa dans des qualités supérieures). Sa limite d’élasticité varie autour de 700 à 1050 MPa, et il présente un allongement à la rupture typiquement de 12 à 15 %.

Mais l’intérêt principal du 40CDV12 réside dans la dureté très élevée obtenue après nitruration : la couche superficielle nitrurée peut atteindre ~800 HV dans certains cas optimisés, procurant une excellente résistance à l’usure.

Traitements thermiques et de surface

Le 40CDV12 est optimisé pour une combinaison de traitements thermiques et de nitruration :

• Recuisson d'adoucissement : Chauffage à 680–720 °C, refroidissement lent pour faciliter l’usinage. Cet état facilite l’usinage de la pièce brute grâce à une structure ferrito-perlitique adoucie.
• Trempe : Austénitisation à 870–970 °C suivie d'un refroidissement rapide (huile préférée). La trempe forme une martensite dure.
• Revenu : À 580–700 °C selon les propriétés mécaniques désirées (plus bas = plus résistant, plus haut = meilleure ténacité).
• Nitruration : Traitement thermochimique à 480–570 °C sous atmosphère riche en azote (gaz ou plasma) formant une couche superficielle dure pour une meilleure résistance à l’usure (épaisseur typique de 0,3–0,6 mm). La nitruration augmente fortement la résistance à l’usure et à la fatigue de contact (pitting) de la surface, tout en maintenant un cœur relativement ductile.
• Autres traitements envisageables (oxydation légère, revêtement PVD) selon des besoins spécifiques.

Comparaison avec d’autres aciers aéronautiques

Par rapport aux aciers Ni-Cr-Mo (30NCD16, 35NCD16), il apporte une amélioration de la tenue à l’usure, mais présente une soudabilité plus faible et une ténacité un peu moindre si l’on cherche des résistances extrêmes. Le 40CDV12 est idéal lorsque la dureté superficielle et la résistance à l'usure sont prioritaires alors que d’autres nuances seront choisies pour des critères de soudage, de corrosion ou de très haute résistance volumique.

Quelques exemples :

• 32CDV13 : Moins de carbone, meilleure ténacité, résistance légèrement inférieure, même bonne nitruration.
• 35NCD16 : Très haute résistance interne, meilleure ténacité en cœur mais moins adapté à la nitruration profonde (moins de dureté superficielle).
• 15CDV6 : Excellente soudabilité et ductilité, résistance mécanique similaire, mais faible capacité de nitruration.
• Maraging et inox PH : Résistance extrême ou résistance à la corrosion mais moins adaptés à la nitruration de surface.

Usinabilité et mise en œuvre

La mise en œuvre du 40CDV12 requiert certaines précautions, mais reste dans l’ensemble comparable à celle des autres aciers alliés traitables.

Son usinabilité est satisfaisante à l’état recuit, et sa mise en forme requiert les mêmes attentions que d’autres aciers (contrôle des traitements, éviter surchauffe et traitements trop brutaux). Il devient plus complexe à travailler après traitement thermique.

Un forgeage soigneux à haute température (1000–1150 °C) suivi d’un refroidissement contrôlé est recommandé.

Son principal point d’attention est la soudure, qui doit être évitée ou réalisée avec des précautions très strictes. Elle nécessite un préchauffage ainsi qu’un traitement thermique post-soudage.

Enfin, la nitruration exige une attention particulière pour éviter une fragilisation excessive de la couche superficielle.

Avantages et limites

Avantages :

• Excellente combinaison dureté de surface et résistance en cœur.
• Haute résistance à l'usure et à la fatigue.
• Bonne stabilité dimensionnelle jusqu’à ~300 °C.
• Acier largement éprouvé avec un historique solide en aéronautique.

Limites :

• Difficulté de soudage.
• Nécessité impérative d’une nitruration bien maîtrisée.
• Ténacité légèrement inférieure à d’autres aciers alliés Ni-Cr-Mo.