Le pignon arbré et le bâti soudé : ce que le traitement et la soudure font à la pièce

La stratégie. On lit chaque traitement par ses aspects fonctionnels (ce qu'il durcit, sur quelle profondeur, ce qu'il déforme), seuls exigibles, sans métallurgie. Puis on applique une règle d'ordonnancement : une opération qui déforme se place avant les finitions qu'elle détruirait, et l'on garde la surépaisseur qu'elle consomme.

1) Le choix du traitement. Profondeur dure exigée : $0,2m=0,6\mathrm{mm}$ après finition. Nitruration : $0,5\mathrm{mm}$ au plus, avant même toute rectification : non conforme. Trempe dans la masse : le cœur devient dur et peu tenace : non conforme à l'exigence de chocs. Induction : une couche de $1,5$ à $4\mathrm{mm}$ sur chaque flanc d'une dent épaisse de $\frac{\pi \times 3}{2}=4,7\mathrm{mm}$ trempe la dent à cœur : elle devient fragile au pied, là où la flexion est maximale : non conforme pour cette denture fine (l'induction convient à des modules plus gros, ou à des portées). Cémentation, trempe, revenu : couche de $0,8$ à $1,0\mathrm{mm}$, cœur tenace : retenue, à condition de rectifier après traitement, car elle déforme de $0,06$ à $0,10\mathrm{mm}$.

2) L'ordre des opérations et la profondeur restante. La déformation du traitement, jusqu'à $0,10\mathrm{mm}$, vaut douze fois la tolérance de $8\mu \mathrm{m}$ des portées : toute finition faite avant le traitement serait détruite. D'où la suite :

La protection du filetage (un dépôt qui empêche l'enrichissement en carbone de la surface) le laisse non durci : il reste ductile. La surépaisseur laissée avant traitement vaut $0,10+0,04=0,14\mathrm{mm}$. Cas courant : couche de $0,9\mathrm{mm}$, rectification de $0,10\mathrm{mm}$ : il reste $0,80\mathrm{mm}$, conforme. Pire cas : couche de $0,8\mathrm{mm}$ et déformation de $0,10\mathrm{mm}$, donc rectification de $0,14\mathrm{mm}$ : il reste $0,66\mathrm{mm}$, conforme, $0,06\mathrm{mm}$ de marge. Avec une surépaisseur de $0,3\mathrm{mm}$ : $0,8-0,3=0,5\mathrm{mm}$, non conforme. La surépaisseur est bornée des deux côtés : assez pour effacer la déformation, pas assez pour consommer la couche dure.

3) Le bâti soudé. Le soudage fond localement le métal de base et le métal d'apport ; en refroidissant, le cordon se rétracte, et comme le métal froid qui l'entoure s'y oppose, il reste des contraintes résiduelles et la pièce se déforme ($0,6\mathrm{mm}$ ici). Autour du cordon, une zone affectée thermiquement a vu ses propriétés changer (un acier trop chargé en carbone y prend la trempe et devient fragile : on soude des aciers à bas carbone). Usiner aussitôt enlève des couches tendues : l'équilibre des contraintes résiduelles change, et la pièce se déforme encore, $0,15\mathrm{mm}$, trois fois la tolérance : non conforme. Le recuit de détente (chauffage modéré, maintien, refroidissement lent) relâche ces contraintes ; usinée ensuite, la surface reste plane à $0,02\mathrm{mm}$, conforme. L'ordre est donc : souder, recuire, puis usiner les surfaces d'appui, avec une surépaisseur qui couvre la déformation de soudage et laisse de quoi usiner proprement, $0,6+1\approx 2\mathrm{mm}$ par exemple. Règles de conception : cordons symétriques par rapport aux axes de la pièce (leurs retraits se compensent), cordons courts et peu nombreux, accessibles à la torche, éloignés des surfaces fonctionnelles, et jamais de soudure après l'usinage d'une surface précise.

4) Conclusion.

Ce que l'exercice installe. Un traitement thermique se choisit par ses aspects fonctionnels : profondeur durcie, cœur, déformation. Un traitement et une soudure déforment : on les place dans la gamme avant les finitions qu'ils détruiraient, et la surépaisseur qu'on garde est bornée des deux côtés. Une soudure laisse des contraintes résiduelles que l'usinage libère : souder, détendre, puis usiner.