Brevet FR2850399A1 — publié le 20040730

l T 2850399 ACIER POUR UTILISATION DANS UN ARBRE DE PIGNON DE HAUTE RESISTANCE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELUI-CI La présente invention concerne un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance pour fabriquer un arbre de pignon utilisé dans des systèmes de direction automobiles, de même qu'un procédé de fabrication de celui-ci. Dans les systèmes de direction existants, les systèmes hydrauliques à crémaillère utilisant une pression d'huile ont été prédominants dans lesquels des arbres de pignon sont utilisés pour les systèmes. L'arbre de pignon sert comme partie destinée à transmettre un couple rotatif lorsqu'un conducteur agit sur un volant et à convertir le mouvement rotatif en mouvement linéaire par engrenage avec une partie à engrenage d'une barre de crémaillère, et il est une des parties importantes dans le système de direction. L'arbre de pignon est fabriqué par la combinaison d'espèces d'acier et le traitement thermique de durcissement de surface, par exemple en utilisant de l'acier cémenté (par exemple JIS SMnC420, SCM420) et en appliquant un durcissement par carburation et une trempe, ou en utilisant de l'acier au carbone (par exemple JIS S450) ou de l'acier tenace et dur (par exemple JIS SCM440, SCM445) et en appliquant un durcissement à haute fréquence et une trempe. Toutefois, le durcissement par carburation et la trempe appliqués à l'acier cémenté impliquent un problème d'accroissement du cot de traitement thermique et l'occurrence de déformations par traitement thermique ou de couches traitées thermiquement anormales. D'autre part, dans un cas d'application de durcissement à haute fréquence et de trempe aux aciers au carbone ou aux aciers tenaces et durs, tandis que le cot est réduit et les déformations sont diminuées comparés au durcissement par carburation et à la trempe appliqués à l'acier cémenté, il aboutit au problème 5 d'accroissement du cot par affinage dans le cas d'utilisation d'un matériau auquel est appliqué un traitement d'affinage afin d'assurer la dureté interne de l'arbre de pignon et la facilité du durcissement à haute fréquence. D'autre part, dans un cas 10 d'utilisation d'un acier non affiné au lieu du matériau auquel on a appliqué un traitement d'affinage, cela aboutit au problème d'abaissement de la performance de l'arbre de pignon en raison de la faible résistance au choc. Comme acier non affiné pour utilisation dans un arbre tel qu'un arbre de pignon, le document JP-A No. 09-195 000 décrit un acier non affiné contenant: C: 0,20 à 0,50 %, Si: 0,05 à 0,70 %, Mn: dépassant 0,60 et jusqu'à 1,00 %, S: 0,01 à 0,07 %, V: 0,02 à 20 0,80 %, N: 0,002 à 0,03 %, P: 0 à 0,050 %, Cu: 0à 0,30 %, Ni: 0 à 0,30 %, Cr: 0 à 1,00 %, Mo: 0 à 0,30, Al: 0 à 0,050 %, Pb: 0 à 0,30 %, Ca: 0 à 0,0100 %, Ta: 0 à 0,10 %, Bi: 0 à 0,100 % et le reste de Fe et des impuretés inévitables dans lequel fnl 2 0 et 25 fn2 De plus, l'opération de tailler les engrenages est conduite dans les étapes de fabrication de l'arbre de pignon. En fonction du matériau utilisé lors de 30 l'opération de tailler les engrenages, la surface à engrenage est quelques fois rugueuse jusqu'à détériorer la précision de forme de dent en raison des effets de dureté et de tissu (particulièrement dans ceux auxquels on n'a pas appliqué de traitement de préchauffage tel 35 que l'affinage et le recuit). Lorsque la précision de T 2850399 forme est abaissée, puisque l'état de surface d'engrenage dans la partie de dent de la crémaillère et du pignon est aggravé, la résistance à l'usure ou la résistance à la piqre est quelques fois détériorée. De plus, en fonction de l'abaissement de la précision de forme de dent, l'état de frottement au niveau des surfaces d'engrenage change grandement jusqu'à aboutir au problème d'abaissement du toucher en direction. De plus, pour faire face à la demande d'économie 10 d'énergie en vue des récents problèmes écologiques globaux, les directions assistées de type électromotrices utilisant des moteurs électriques (EPS) ont été développées et tendent à être utilisées de plus en plus au lieu des directions assistées hydrauliques. Les EPS comportent quelques fois des mécanismes d'assistance différents de ceux dans les systèmes de direction existants et, en particulier, dans un type d'assistance du couple rotatif de l'arbre de pignon, puisqu'une force plus importante s'exerce sur la partie d'engrenage pour la partie à dents de la crémaillère et du pignon, comparée aux systèmes existants, les conditions de travail tendent à devenir plus sévères comparées aux systèmes existants. Dans un cas o les aciers dépourvus de traitement d'affinage, à savoir les aciers non affinés, sont placés pour opération de tailler les engrenages tels qu'ils sont par une fraise-mère développante ou similaires, ceci aboutit au problème que la surface de découpe d'engrenage devient rugueuse jusqu'à détériorer la précision de forme de dent et abaisser la résistance à l'usure ou la résistance à la piqre. De plus, dans un cas o le durcissement à haute fréquence est appliqué aux aciers non affinés habituels, puisqu'ils ont une haute teneur en ferrite, le ferrite reste dans la couche durcie à haute fréquence sous les conditions de chauffage à haute fréquence habituelles, échouant à obtenir une dureté de surface prédéterminée, aboutissant ainsi au problème d'abaissement de la résistance à l'usure et de la résistance à la piqre. 5 Dans un cas o le chauffage est conduit à une température supérieure ou pendant un temps plus long que les conditions de chauffage à haute fréquence afin de ne pas laisser de ferrite, ceci aboutit au problème que la profondeur de la couche durcie augmente jusqu'à 10 provoquer des déformations par traitement thermique importantes ou une croissance de grains cristallins jusqu'à abaisser la résistance mécanique. De plus, dans un cas d'application du durcissement à haute fréquence aux aciers non affinés existants, cela aboutit au 15 problème d'échec à obtenir une résistance à la torsion, à la flexion, à la torsion au choc ou à la flexion au choc souhaitée. Pour résoudre le sujet décrit ci-dessus, la présente invention tend à surmonter les problèmes 20 précédents et propose un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance qui est n'est pas affiné et utilisé par durcissement à haute fréquence, avec moins d'occurrence d'arrachement lors du fraisage, ayant une dureté de surface et une valeur au choc et 25 une résistance à la torsion supérieures après durcissement à haute fréquence, et avec moins de déformations par traitement thermique, de même qu'un procédé de fabrication de celui-ci. Les présents inventeurs ont réalisé une étude sérieuse sur les 30 aciers pour utilisation dans un arbre de pignon avec moins d'occurrence d'arrachement lors du fraisage, moins de déformations par traitement thermique lors du durcissement à haute fréquence et ayant une dureté de surface, une valeur au choc et une résistance à la 35 torsion élevées, et ont trouvé que l'occurrence de i i1 i i j l'arrachement lors du fraisage peut être empêchée principalement en optimisant la composition en ingrédients et en affinant le micro-tissu, l'occurrence de déformations par traitement thermique pendant le 5 durcissement à haute fréquence peut être supprimée principalement en optimisant la composition en ingrédients et en ajustant le tissu avant le durcissement à haute fréquence, et que la résistance à la piqre et la résistance l'usure de l'arbre de pignon 10 peuvent être améliorées en optimisant la dureté de la couche durcie à haute fréquence et la teneur en C qui donne un effet significatif sur la dureté. De plus, il a été trouvé que la résistance à la torsion, à la flexion, à la torsion au choc et à la 15 flexion au choc peut être améliorée principalement par l'addition combinée d'ingrédients, en particulier, de Mo et B et la régulation du tissu avant le durcissement à haute fréquence, la composition en ingrédients peut être définie comme la composition en ingrédients 20 décrite dans la portée de la revendication du brevet et le tissu peut être rendu en une texture à trois phases de ferrite + perlite + bainite dans lequel le rapport surfacique de ferrite est de 40 % ou moins, et la longueur de bloc maximale de perlite est de 100 pm ou 25 moins comme diamètre équivalent au cercle, en fabriquant l'acier de composition en ingrédients décrite ci-dessus à une température de 850'C ou inférieure et sous un tirage à une réduction de surface de 10% ou moins. L'invention peut être atteinte sur la base des découvertes décrites cidessus. A savoir, un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance contient: C 0,45 à 0,55 %, Si: 0,10 à 0,50 %, Mn: 0,50 à 1,20 %, P: 35 0,025 % ou moins, S: 0,025 % ou moins, Mo: 0,15 à 0,25 %, B: 0,0005 à 0,005 %, Ti: 0,005 à 0,10 % et N: 0,015 % ou moins et en outre, facultativement, contenant un ou plusieurs des éléments de Cu: 0,50 % ou moins, Ni: 0,50 % ou moins et Cr: 0,50 % ou moins 5 et contient en outre, facultativement, un ou plusieurs éléments de Nb: 0,20 % ou moins, Ta: 0,20 % ou moins, Zr: 0,10 % ou moins et Al: 0,10 % ou moins et satisfait la relation 1 et la relation 2 suivantes avec le reste de Fe et des impuretés inévitables: 10 Relation 1 0,80 De plus, selon le procédé de fabrication de l'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de 25 haute résistance de l'invention, ayant la constitution décrite ci-dessus, le tissu après le laminage à chaud est une texture à trois phases de ferrite + perlite + bainite, le rapport surfacique de ferrite est de 40 % ou moins et la longueur de bloc maximale de perlite est 30 de 100 pm ou moins comme diamètre équivalent au cercle et en outre la dureté après le laminage à chaud est de 24 à 30 HRC, la dureté de surface après durcissement à haute fréquence est de 650 HV ou plus et la grosseur du grain de cristal de la vieille austénite dans la couche 35 durcie est de 8 ou plus en vue du numéro granulométrique, de sorte que l'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance ayant les propriétés décrites ci-dessus peut être fabriqué. Ensuite, la raison destinée à spécifier la 5 composition en ingrédients, Ceq et f value de l'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon l'invention doit être décrite. C: 0,45 à 0,55 % Puisque C augmente la dureté de la couche durcie à haute fréquence et améliore la résistance à la piqre ou la résistance à l'usure, c'est un élément incorporé à cette fin. Il est nécessaire d'incorporer C de 0,45 % ou plus afin d'obtenir la fonction et l'effet décrits 15 ci-dessus mais, dans un cas o la teneur est excessive, puisque la résistance à la torsion, à la flexion, à la torsion au choc à la flexion au choc, etc. de l'arbre de pignon de haute résistance est abaissée, la limite supérieure est définie comme 0,55 %. 20 Si: 0,10 à 0, 50 % Puisque Si a un effet désoxydant pendant la fusion des aciers, l'élément est incorporé à cette fin. Il est nécessaire d'incorporer Si de 0,10 ou plus pour obtenir 25 la fonction et l'effet. Toutefois, puisque la ténacité de l'acier est détériorée si la teneur est excessive, la limite supérieure est définie comme 0,50 %. Mn: 0,50 à 1,20 Puisque Mn a un effet de désoxydation pendant la fusion des aciers et améliore l'aptitude au durcissement des aciers, l'élément est incorporé à cette fin. Il est nécessaire d'incorporer Mn de 0,50 % ou plus pour obtenir la fonction et l'effet. Toutefois, 35 puisque la dureté est excessivement accrue si la teneur est excessive, la limite supérieure est définie comme 1,20 %. P: 0,025 % ou moins Puisque P est une impureté inévitable, se ségrége au niveau de la frontière de grain pour abaisser la ténacité et promeut l'occurrence de fissure par refroidissement brusque lors du durcissement à haute fréquence, une teneur en P inférieure est préférée. 10 Toutefois, puisque même lorsqu'il est abaissé comme la teneur est inférieure, l'effet est saturé et le cot est accru, la limite supérieure est définie comme 0,025 %. S: 0,025 % ou moins Puisque S est une impureté inévitable et forme des inclusions de type sulfure jusqu'à former des réactifs inducteurs pour fracture par fatigue et, en conséquence, abaisse la résistance à la fatigue provoquant une 20 fissure par refroidissement brusque, il est de préférence inférieur. Toutefois, puisque l'aptitude à l'usinage est détériorée lorsque la teneur est remarquablement inférieure, la limite supérieure est définie comme 0,025 %. Mo: 0,15 à 0,25 % Puisque Mo améliore l'aptitude au durcissement et améliore la résistance à l'effet de contrainte au choc dans la couche durcie obtenue par durcissement à haute 30 fréquence jusqu'à accroître la résistance à l'énergie de développement de fissure au choc, l'élément est incorporé à cette fin. Il est nécessaire d'incorporer Mo de 0,15 % ou plus afin d'obtenir l'effet. Toutefois, puisque de la martensite est générée à l'état laminé 35 jusqu'à accroître la dureté et détériorer l'aptitude à l'usinage dans le cas o elle est incorporée en grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,25 %. De plus, lorsqu'il est ajouté en combinaison avec B, l'effet d'amélioration de la ténacité pour la couche durcie à haute fréquence peut être de plus activé. B: 0,0005 à 0,005 % Puisque B améliore l'aptitude au durcissement et supprime la ségrégation de frontière de grain de P 10 jusqu'à améliorer la ténacité de la couche durcie à haute fréquence, l'élément est incorporé à cette fin. Il est nécessaire d'incorporer B de 0,0005 % ou plus afin d'obtenir l'effet. Toutefois, puisque les grains cristallins se développent jusqu'à détériorer la 15 ténacité s'il est contenu en excès, la limite supérieure est définie comme 0,005 %. De plus, lorsqu'il est ajouté en combinaison avec Mo, l'effet d'amélioration de la ténacité de la couche durcie à haute fréquence est de plus activé. 20 Ti: 0,005 à 0,10 % Puisque Ti forme TiN pour fixer N dans l'acier et cache la formation de BN pour accroître la quantité effective de B, l'élément est incorporé à cette fin. Il 25 est nécessaire d'incorporer Ti de 0,005 % ou plus afin de fixer N et d'apporter l'effet mentionné ci-dessus de B. Toutefois, puisque la ténacité est abaissée s'il est contenu en excès, la limite supérieure est définie comme 0,10 %. N: 0,015 % ou moins Puisque N est une impureté inévitable et forme des inclusions non métalliques de type nitrure dans l'acier jusqu'à abaisser la résistance à la fatigue de l'arbre de pignon à fabriquer, la limite supérieure est définie comme 0,015 %. Cu: 0,50 % ou moins Cu peut être incorporé pour réguler la f value. Toutefois, puisqu'il détériore l'aptitude de façonnage à chaud de l'acier lorsqu'il est contenu en grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,50 % ou moins. Ni: 0,50 % ou moins Ni peut être incorporé pour réguler la f value. Toutefois, puisqu'il détériore l'aptitude à l'usinage de l'acier lorsqu'il est contenu en grande quantité, la 15 limite supérieure est définie comme 0,50 % ou moins. Cr: 0,50 % ou moins Cr peut être incorporé pour réguler la f value. Toutefois, puisque l'aptitude au durcissement de l'acier augmente jusqu'à former de la martensite à 20 l'état laminé jusqu'à accroître la dureté et détériorer l'aptitude à l'usinage lorsqu'il est contenu en une grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,50 %. Nb: 0,002 % ou moins, Ta: 0,20 % ou moins Puisque Nb et Ta affinent le tissu de la couche durcie à haute fréquence jusqu'à améliorer la ténacité, les éléments sont incorporés à cette fin. Toutefois, puisque l'effet est saturé lorsqu'ils sont contenus en 30 une grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,20 %. Zr: 0,10 % ou moins Puisque Zr affine le tissu de la couche durcie à 35 haute fréquence jusqu'à améliorer la ténacité et forme des oxydes comme noyaux de sulfures et améliore la ductilité de MnS pour former des sulfures granulaires et, en conséquence, améliore la résistance à la fatigue en torsion, l'élément est incorporé à cette fin. 5 Toutefois, puisque l'effet est saturé lorsqu'il est contenu en grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,10 %. Al: 0,10 % ou moins Puisque Al a un fort effet de désoxydation pendant la fusion de l'acier et affine les grains cristallins jusqu'à améliorer la ténacité, l'élément est incorporé à cette fin. Toutefois, puisque les inclusions de type A1203 augmentent jusqu'à abaisser la résistance à la 15 fatigue lorsqu'elles sont contenues en grande quantité, la limite supérieure est définie comme 0,10 %. 0,80 f value Ensuite, la raison de spécification du tissu après laminage à chaud, du rapport surfacique de ferrite et de la longueur de bloc maximale de perlite, de la dureté après laminage à chaud et de la dureté de 5 surface et de la grosseur du grain de cristal de vieille austénite après le chauffage à haute fréquence comme décrit ci-dessus doit être décrite. Tissu après laminage à chaud: texture triphasique de 10 ferrite + perlite + bainite Puisque la dureté augmente remarquablement et que la valeur au choc est abaissée lorsque la martensite est présente, il est formé comme texture à trois phases de ferrite + perlite + bainite. 15 Rapport surfacique de ferrite: 40 % ou moins Dans un cas o une grande quantité de ferrite est présente dans le tissu avant le durcissement à haute fréquence, la diffusion de C dans le ferrite est 20 insuffisante en un traitement thermique court en temps tel qu'un durcissement à haute fréquence et le ferrite reste dans le tissu après le durcissement à haute fréquence. Le ferrite resté abaisse la résistance à la flexion et à la torsion. De plus, il est difficile 25 d'obtenir une dureté uniforme et la résistance à l'usure est également détériorée. Pour diminuer le ferrite resté, il peut être considéré de conduire un chauffage pendant un temps plus long ou à une température supérieure dans le durcissement à haute 30 fréquence. Toutefois, lorsque le chauffage est conduit pendant un long temps, la profondeur de la couche durcie augmente jusqu'à augmenter les déformations dans l'arbre de pignon à fabriquer et il détériore également la résistance à la fatigue par l'abaissement de la 35 contrainte résiduelle près de la surface. Dans un cas de chauffage à une température supérieure, des grains cristallins dans la couche durcie à haute fréquence se développent jusqu'à abaisser la ténacité. En conséquence, il est souhaitable que la quantité de 5 ferrite avant durcissement à haute fréquence soit restreinte à 40 % ou moins. De plus, la quantité de perlite et de bainite n'est pas restreinte puisqu'elles sont moins nuisibles comparées au ferrite. Longueur de bloc maximale de perlite: 100 pm ou moins en diamètre équivalent au cercle Pour supprimer l'occurrence d'arrachement ou au pelage pendant le fraisage, il est efficace d'affiner le tissu. Ceci est d au fait que l'arrachement se 15 produit particulièrement pour provoquer l'arrachement pendant le fraisage si la longueur de bloc de perlite est grosse. Lorsque la précision de finition de surface d'un arbre de pignon pratique est prise en considération, il est nécessaire de restreindre le 20 diamètre équivalent au cercle du bloc de perlite à pm ou moins et, en conséquence, la valeur est de préférence de 100 pm ou moins. Dureté après laminage à chaud: 24 à 30 HRC Pour assurer la durée de vie d'outil dans l'usinage de l'arbre de pignon et la résistance mécanique de l'arbre de pignon, la dureté est de préférence de 24 à 30 HRC. Dans un cas o elle est de 24 HRC ou moins, la résistance mécanique nécessaire 30 pour l'arbre de pignon ne peut pas être obtenue. Au contraire, si elle est de 30 HRC ou plus, la durée de vie d'outil est abaissée jusqu'à accroître le cot et cela prend un temps plus long pour façonnage. Dureté de surface après durcissement à haute fréquence de 650 HV ou plus Pour assurer la résistance mécanique et la résistance à l'usure, particulièrement assurer la 5 résistance à l'usure, de l'arbre de pignon, la dureté de surface après le durcissement à haute fréquence est de préférence de 650 HV ou plus. Grosseur du grain de cristal de vieille austérité de la 10 couche durcie après durcissement à haute fréquence numéro granotométrique de 8 ou plus Puisque la ténacité après durcissement à haute fréquence et trempe est abaissée lorsque la grosseur du grain du cristal de la veille austénite est importante, 15 il est préféré que le No. granulométrique de la grosseur du grain de cristal de vieille austénite soit de 8 ou plus. Ensuite, description doit être faite des conditions de laminage à chaud dans le procédé de 20 fabrication d'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance de l'invention. Le tissu est affiné lorsque la température de laminage est basse et que le rapport de tirage est important mais si la température de laminage est 25 excessivement basse ou que le rapport de tirage est excessivement petit, il ne présente pas de tissu recristallisé pour rendre le tissu plus gros après laminage. Afin de rendre le micro-tissu plus fin et de faire que la longueur de bloc de perlite soit de 100 pm 30 ou moins dans le matériau acier après laminage, il est nécessaire de conduire le laminage à unetempérature de 850'C ou inférieure et, de préférence, de 7000C ou supérieure sous un rapport de tirage de 10 % ou plus. L'acier pour utilisation dans un arbre de pignon 35 de haute résistance de l'invention a la composition en ingrédients dans la gamme décrite cidessus, satisfait les deux relations décrites ci-dessus et contient le reste de Fe et des impuretés inévitables, ou le tissu après le laminage à chaud, le rapport surfacique de 5 ferrite, la longueur de bloc maximale de perlite, la dureté après laminage à chaud, la dureté de surface après durcissement à haute fréquence et la grosseur du grain de cristal de vieille austénite dans la couche durcie sont davantage spécifiés comme décrits ci-dessus, 10 par les raisons décrites ci-dessus. Dans le procédé de fabrication de l'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance de l'invention, ces matériaux ayant la composition en ingrédients dans la gamme décrite ci-dessus, 15 satisfaisant les deux relations décrites ci-dessus et contenant le reste de Fe et des impuretés inévitables sont placées à travailler à une température de 850'C ou inférieure est sous un rapport de tirage à une réduction de surface de 10 % ou plus par les raisons 20 décrites cidessus. Ensuite, description doit être faite des exemples de la présente invention. Après fusion des aciers des exemples de l'invention et des exemples comparatifs des 25 compositions en ingrédients suivantes montrées dans le Tableau 1, on les a formés en lingots pour laminage et on les a laminés à chaud sous un rapport de tirage de 15 % à une température de 850'C ou inférieure en tiges rondes chacune de diamètre 23 mm, puis on les a 30 refroidis à l'air. A partir des tiges rondes, on a préparé des éprouvettes d'essai pour mesure du microtissu, du rapport surfacique de ferrite et de la longueur de bloc maximale de perlite, des éprouvettes d'essai pour mesure de la dureté des matériaux laminés, 35 des éprouvettes d'essai pour fraisage, une éprouvette d'essai pour mesure de la dureté après le durcissement à haute fréquence, des éprouvettes pour mesure des déformations par durcissement à haute fréquence et des éprouvettes pour mesure de résistance à la torsion. En 5 utilisant les éprouvettes d'essai, on a conduit une mesure respectivement par les procédés suivants. Les résultats sont montrés dans le Tableau 2 suivant. Mesure pour le micro-tissu du rapport surfacique de 10 ferrite et de la longueur de bloc maximale de perlite En utilisant les éprouvettes d'essai décrites cidessus, on a poli la section transversale, on l'a décapée, puis mesurée par un microscope optique. Mesure de dureté du matériau laminé (dureté après laminage) On a mesuré la dureté des éprouvettes d'essai par l'échelle en C en utilisant une jauge de dureté Rockwell. Mesure de l'arrachement au fraisage On a placé les éprouvettes d'essai pour le fraisage (diamètre 15 mm pour la partie d'arbre, diamètre 22 mm pour la partie de taille des engrenages 25 et 130 mm pour la longueur) à l'opération de tailler les engrenages en utilisant une fraise-mère développante constituée d'acier rapide à une vitesse de rotation de 425 tr/min et une vitesse d'alimentation de 0,73 mm/min, et on a mesuré la rugosité au niveau de la 30 surface taillée par un instrument de mesure de rugosité. Mesure de dureté de chauffage à haute fréquence de la surface durcie à haute fréquence On a préparé les éprouvettes d'essai chacune de 35 diamètre 20 mm et de longueur 150 mm à partir des tiges rondes chacune de diamètre 23 mm telles que décrites ci-dessus, on les chauffées par un appareil de chauffage à haute fréquence à une température de chauffage de surface d'environ 900 à 1 000 C pendant un 5 temps de chauffage de 2 à 5 secondes, puis refroidies avec de l'eau et trempées par chauffage à 170OC. On a mesuré les éprouvettes utilisées pour l'essai en utilisant une jauge de dureté Vickers. Mesure de déformations de chauffage à haute fréquence de forme de dent On a fabriqué des arbres de pignon ayant chacun une partie d'arbre de diamètre 15 mm, une partie découpée d'engrenage de diamètre 22 mm et une longueur 15 de 150 mm à partir des tiges rondes chacune de diamètre 23 mm décrites ci-dessus, on les a chauffés par un appareil de chauffage à haute fréquence à une température de chauffage de surface d'environ 900 à 1 000C pendant un temps de chauffage de 2 à 5 secondes, 20 puis refroidis avec de l'eau et trempés par chauffage à 170'C, puis on a mesuré la précision de forme de dent. Mesure de résistance à la torsion On a préparé les éprouvettes d'essai chacune de 25 diamètre 12 mm pour la partie d'essai à partir des tiges rondes chacune de diamètre 23 mm décrites cidessus, on a placé les éprouvettes d'essai à un durcissement à haute fréquence et une trempe, et on a mesuré la résistance à la torsion par un dispositif 30 d'essai en torsion de type hydraulique. (% en masse) f No. C Si Mn P S Mo B Ti N Autres Ceq value 1 0,50 0,25 0,85 0,010 0,015 0,20 0,0017 0,04 0,008 0,83 0,44 t 2 0,52 0, 45 1,10 0,015 0,015 0,20 0,0015 0,04 0,008 Cr: 0,30 0,93 0,12 3 0,45 0,25 1,00 0,015 0,015 0,23 0,0015 0,04 0,008 0,82 0,50 4 0,50 0,21 0,78 0,016 0,017 0,17 0,0015 0,04 0,008 Cr: 0,22 0,81 0,35 m Cu: 0,35 Ni: 0,50 0,26 0,86 0,013 0,015 0,21 0,0015 0,04 0,007 0,84 0,41 - ________ ________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ________ 0,30 C r 0,2 5 O 6 0, 54 0,26 0,74 0,016 0,015 0,17 0,0016 0,045 0,008 0,85 0,00 rt O(D Nb: 0, 05 Ai: D- 7 0,50 0,28 0,86 0,017 0,016 0,22 0,0017 0,043 0,009 0,86 0,27 c. .. 0,04 Dj Ta: 0,08 Zr: 8 0,49 0,30 0,88 0,018 0,014 0,19 0,0015 0,044 0,008 0,82 0,42 o _ 0,01 Cu 0,33 Ni: 0,32 Cr: 0,21 9 0,50 0,25 0,85 0,012 0,016 0,20 0,0017 0,040 0,007 0,84 0,09 Nb: 0,04 Al: p3 w Cu: 0,30 Ni: 0,25 Cr: 0,18 0,49 0,28 0,82 0,016 0,015 0,19 0,0013 0,046 0,009 0,81 0,23 Ta: 0,06 Al: _______ 0, 05 1 0,43 0,25 0,65 0,010 0,015 0,20 0,0015 0,04 0,008 0,68 1,06 2 0,55 0,65 1,10 0,015 0,015 0,20 0,0016 0,04 0,008 0,98 0,03 x 3 0,45 0,25 0,70 0,015 0,015 0,23 0,0015 0,04 0,008 0,78 0,75 4 0,41 1,10 0,55 0,015 0,015 0,26 0,0015 0,04 0,008 0,80 1,02 cn 0 5 0,40 0,25 0,85 0,015 0,016 0,20 0,0016 0,04 0,008 0,78 0,75 6 0,60 0,24 0,85 0,016 0,015 0,20 0,0019 0,04 0,010 0,92 0,12 t.i w 7 0, 51 0,25 0,83 0,015 0,015 0,12 0,0015 0,04 0,008 0,78 0,42 rt - 8 0,49 0,30 0,60 0,015 0,015 0,30 0,0015 0,04 0,008 0,82 0,86 9 0,51 0,65 0,75 0,017 0,018 0,21 0,0002 0,035 0,010 0,86 0,44 0,53 0,08 0,82 0,014 0,017 0,16 0,0078 0,11 0,018 0,81 0,31 o t 1r (D (n e p (D Dureté de Longueur de surface du Rapport Dureté de Résistance bloc matériau Déformation Micro- surfacique matériau Arrachement à la No. maximale de durci à de forme de tissu de ferrite laminé au fraisage torsion perlite haute dent (%) (HRC) (MPa) (pm) fréquence (HV) 1 F+P+B 20 40 36,9 petit 720 Petit 1 780 (D 2 2 6 53 29,7 petit 760 Petit 1 800 3 20 42 25,2 petit 650 Petit 1 670 4 " 13 40 24,4 petit 715 Petit 1 750 " 17 35 25,9 petit 720 Petit 1 750 6 1 55 26,3 petit 718 Petit 1 780 7 " 9 39 26,6 petit 724 Petit 1 770 F'. o 8 " 14 38 25,0 petit 710 Petit 1 760 9 F 5 34 26,3 petit 727 Petit 1 790 iF petit Petit 1 770 F+P+B Moyen Moyen (D o I-i (D r1 2 "5 62 31,6 730 3 " 30 61 25,2 620 4 42 46 24,3 " 570 3 1 48 21,2 " 540 1 550 6 " 5 60 29,4 " 770 Petit 1 450 7 " 20 56 23,2 " 720 1 570 8 F+P+B+M 15 30 34,9 " 705 - 9 F+P+B 14 35 26,7 Petit 718 Petit 1 340 -a -f e Petit Petit 1 360 Selon les résultats du Tableau 2, dans chacun des exemples de la présente invention, le micro-tissu était une texture à trois phases comprenant ferrite + perlite + bainite, le rapport surfacique de ferrite est de 20 % 5 ou moins, la longueur de bloc maximale de perlite était de 35 à 55 pm dans le diamètre équivalent au cercle, la dureté du matériau laminé (dureté après laminage) était de 24,4 à 29,7 HRC et de 36,9 HRC (exemple pour la revendication 1), la dureté de surface après 10 durcissement à haute fréquence était de 650 à 760 HV, l'arrachage au fraisage était petit, la déformation de forme de dent était petite et la résistance à la torsion était de 1 670 à 1 800 MPa. Au contraire, dans l'Exemple Comparatif 1 dans 15 lequel la teneur en C et Ceq étaient inférieurs à ceux de l'invention et la f value était supérieure à celle de l'invention, le rapport surfacique de ferrite était plus important que celui dans les exemples de l'invention, la dureté du matériau laminé (dureté après 20 laminage) était bien inférieure de celle des exemples de l'invention et l'arrachement au fraisage et la déformation de forme de dent par le durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 2 dans lequel la teneur en Si était plus importante que celle de l'invention et Ceq était supérieur à celui de l'invention, la longueur de bloc maximale de perlite était plus importante que celle dans les exemples de 30 l'invention et l'arrachement au fraisage et la déformation de forme de dent par durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 3 dans lequel 35 Ceq était quelque peu inférieur à celui de l'invention, le rapport surfacique de ferrite était quelque peu plus important que celui dans les exemples de l'invention, la dureté de surface après durcissement à haute fréquence était quelque peu inférieure à celle dans les 5 exemples de l'invention, et l'arrachement au fraisage et la déformation de forme de dent par durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 4 dans lequel 10 le teneur en C était quelque peu inférieure à celle de l'invention, la teneur en Si était bien supérieure à celle dans l'invention et la f value était supérieure à celle dans l'invention, le rapport surfacique de ferrite était plus important que celui dans les 15 exemples de l'invention, la dureté du matériau laminé était quelque peu inférieure à celle dans les exemples de l'invention, la dureté de surface après durcissement à haute fréquence était bien inférieure à celle dans les exemples de l'invention, et en outre l'arrachement 20 au fraisage et la déformation de forme de dent par durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 5 dans lequel la teneur en C était quelque peu inférieure à celle 25 dans l'invention et Ceq était inférieur à celui dans l'invention, le rapport surfacique de ferrite était quelque peu plus important que dans les exemples de l'invention, la dureté du matériau laminé et la dureté de surface après durcissement à haute fréquence étaient 30 bien inférieures à celles dans les exemples de l'invention, en outre l'arrachement au fraisage et la déformation de forme de dent par durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention, et la résistance à la torsion était quelque peu inférieure à celle dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 6 dans lequel la teneur en C était supérieure à celle dans 5 l'invention, la longueur de bloc maximale de perlite était quelque peu plus importante que celle dans les exemples de l'invention et en outre l'arrachement au fraisage était plus important que dans les exemples de l'invention et la résistance à la torsion était plutôt 10 inférieure à celle dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 7 dans lequel la teneur en Mo était quelque peu inférieure à celle dans l'invention et Ceq était quelque peu inférieur à celui dans l'invention, la dureté du matériau laminé 15 était quelque peu inférieure à celle dans les exemples de l'invention, et en outre l'arrachement au fraisage et la déformation de forme de dent par durcissement à haute fréquence étaient plus importants que ceux dans les exemples de l'invention, et la résistance à la 20 torsion était quelque peu inférieure à celle dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 8 dans lequel la teneur en Mo était supérieure à celle dans l'invention, de la martensite était présente dans le 25 tissu et l'arrachement au fraisage était plus important que celui dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 9 dans lequel la teneur Si était supérieure à celle dans l'invention et la teneur S était inférieure à celle dans 30 l'invention, la résistance à la torsion était bien plus faible que celle dans les exemples de l'invention. De plus, dans l'Exemple Comparatif 10 dans lequel la teneur en Ti et la teneur en N étaient quelque peu supérieures à celles dans l'invention, la résistance à la torsion était bien inférieure à celle dans les exemples de l'invention. On a préparé des matériaux d'essai ayant la grosseur du grain de cristal de vieille austénite 5 correspondant aux numéros granulométriques de cristal décrits dans le Tableau 3 suivant en utilisant des lingots pour laminage préparés dans l'Exemple 1, et ayant les compositions en ingrédients de l'Exemple 4 et de l'Exemple Comparatif 2 montrées dans le Tableau 1, 10 tout en régulant la température de chauffage lors du laminage à chaud à 1 100 à 1 2500C, la température de laminage à 750 à 950'C, sous les conditions de refroidissement dans la gamme du refroidissement par courant d'air, du refroidissement atmosphérique ou du 15 refroidissement en pot, respectivement. On a préparé les éprouvettes d'essai suivantes pour mesure de l'énergie de développement de fissure à partir des matériaux d'essai et on a conduit l'essai d'énergie de développement de fissure suivant. Les résultats sont 20 montrés dans le Tableau 3 suivant. On a mesuré la grosseur du grain de cristal de vieille austénite par un microscope optique après polissage et décapage de la section de fond d'une encoche dans l'éprouvette d'essai. Essai d'énergie de développement de fissure On a chauffé les pièces d'essai à encoche en D de 2 mm JIS à une température de chauffage de surface de 900 à 1 100'C pendant un temps de chauffage de 2 à 5 secondes par un appareil de chauffage à haute 30 fréquence, puis on les a refroidies avec de l'eau, puis trempées à 170'C. On a déterminé l'énergie de développement de fissure en utilisant les éprouvettes d'essai par l'essai de Shalpy instrumenté. Les résultats sont montrés dans le Tableau 3 suivant. 35 Tableau 3 Numéro granulométrique de cristal de Energie de Matériau vieille développement No. mis à austénite dans de fissure l'essai la couche (J) durcie à haute fréquence ExempleExemple de il 4 8,6 15 l'invention 12.. 10,5 20 Exemple il Exemple5,5 6 Comparatif - Comp. 2 12 F 8,5 9 Selon les résultats dans le Tableau 3, l'énergie de développement de fissure était de 15 J et de 20 J 5 dans les exemples 11 et 12 de l'invention ayant la grosseur du grain de cristal de vieille austénite de 8,6 et 10,5. Au contraire, dans les exemples comparatifs 11 et 12 ayant la grosseur du grain de cristal de vieille 10 austénite de 5,5 et 8,5 (l'Exemple Comparatif 2 comme matériau d'essai a plus de teneur en Si que celle dans l'invention et un Ceq supérieur à celui dans l'invention), l'énergie de développement de fissure était de 6 J et de 9 J, ce qui était la moitié ou moins 15 de celle dans l'exemple de l'invention. On a préparé des éprouvettes d'essai chacune de diamètre 53 mm et d'épaisseur 5 mm à partir des pastilles préparées dans l'Exemple 1 et ayant les compositions en ingrédient des Exemples 1, 3, 4, 6 et 7 20 et des Exemples Comparatifs 1, 4 et 6 dans le Tableau 1. Après placement des éprouvettes d'essai au durcissement à haute fréquence et à la trempe, on a mesuré la dureté de surface et on a mesuré la quantité d'usure par le procédé suivant. Les résultats sont montrés dans le Tableau 4 suivant. Essai de mesure de perte d'usure On a conduit l'essai d'usure en utilisant les éprouvettes d'essai décrites ci-dessus par un dispositif d'essai d'usure de type aiguille sur disque 10 sous les conditions d'une charge de 2 MPa, à une vitesse circonférentielle de 1 m/min, sous une lubrification sèche, et en utilisant une aiguille conjuguée de matériau durci/trempé SUJ2 (62 HRC), puis on a mesuré la perte d'usure du matériau d'essai. 15 Tableau 4 Dureté de surface de matériau Matériau Perte No. durci à d'essai d'usure (g) haute fréquence 13 Exemple 1 720 0,002 14 Exemple 3 650 0,004 Exemple de l'invention 15 Exemple 4 715 0,003 16 Exemple 6 718 0,002 17 Exemple 7 724 0,002 13 Exemple 0,043 Comp. 1 Exemple 14 Exemple 570 0,045 Comparatif Comp. 4 Exemple 540 0,060 Comp. 6 Selon les résultats dans le Tableau 4, dans les exemples de l'invention, la dureté de surface du matériau durci à haute fréquence était de 650 à 724 HV, et la perte d'usure était de 0,002 à 0, 004 g. D'autre part, dans les exemples comparatifs, la dureté de surface était de 540 à 580 HV et la perte d'usure était de 0,043 à 0,060 g qui était dix fois aussi importante que celle des exemples de l'invention. 10 Avec la constitution comme décrite ci-dessus, l'acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon la présente invention peut donner un excellent effet de souffrir de moins d'arrachement pendant le fraisage, d'avoir une dureté 15 de surface, une valeur au choc et une résistance à la torsion élevées après durcissement à haute fréquence, et comporte moins de déformations par traitement thermique pendant le durcissement à haute fréquence. De plus, le procédé de fabrication de l'acier pour 20 utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon l'invention, ayant la constitution telle que décrite ci-dessus, peut donner d'excellents effets capables de fabriquer des aciers pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance avec moins 25 d'occurrence d'arrachement pendant le fraisage, ayant une dureté de surface, une valeur au choc et une résistance à la torsion élevées après durcissement à haute fréquence et moins de déformations par traitement thermique pendant le durcissement à haute fréquence. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance comprenant, sur la base de % en masse; C: 0,45 à 0,55 %, Si: 0,10 à 0,50 %, Mn: 0,50 à 1,20 %, P: 0,025 % ou moins, S: 0,025 % ou 5 moins, Mo: 0, 15 à 0,25 %, B: 0,0005 à 0,005 %, Ti: 0,005 à 0,10 % et N: 0,015 % ou moins, satisfaisant les relations 1 et 2 suivantes et le reste comprenant du Fe et les impuretés inévitables: Relation 1 0,80 2. Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance comprenant, sur la base de % en masse; C: 0,45 à 0,55 %, Si: 0,10 à 0,50 %, Mn: 0,50 à 1,20 %, P: 0,025 % ou moins, S: 0,025 % ou moins, Mo: 0,15 à 0,25 %, B: 0,0005 à 0,005 %, Ti: 0,005 à 0,10 % et N: 0,015 % ou moins, satisfaisant les relations 1 et 2 suivantes et le reste comprenant du Fe et les impuretés inévitables, dans lequel le tissu après laminage à chaud est une texture à 3 phases de ferrite + perlite + bainite, le rapport surfacique de ferrite est de 40 % ou moins et la longueur de bloc maximale de perlite est de 100 pm ou moins en un diamètre équivalent au cercle, la dureté après laminage à chaud est de 24 à 30 HRC, la dureté de surface après durcissement à haute fréquence est de 650 HV ou supérieure et la grosseur du grain de cristal de vieille austénite dans la couche durcie est de 8 ou plus en vue du numéro granulométrique: 1- c- 2850399 Relation 1 0,80 3. Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un ou plusieurs de Cu: 0,50 % ou moins, Ni: 0,50 % ou moins et Cr: 0,50 % ou moins est contenu à la place d'une partie du reste de Fe décrit ci-dessus. 4. Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un ou plusieurs de Nb: 0,20 % ou moins, Ta: 0,20 % ou moins, Zr: 0,10 % ou moins et Al: 0,10 % ou moins est contenu à la place d'une partie du reste de Fe décrit ci-dessus. 5. Procédé de fabrication d'un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance dans lequel un acier comprenant, sur la base de % en masse; C: 0,45 à 0,55 %, Si: 0,10 à 0,50 %, Mn: 0,50 à 1,20 %, P: 0,025 % ou moins, S: 0,025 % ou moins, Mo: 0,15 à 0,25 %, B: 0,0005 à 0, 005 %, Ti: 0,005 à 0,10 % et N: 0,015 % ou moins, et satisfaisant les relations 1 et 2 suivantes et le reste comprenant du Fe et les impuretés inévitables, est fabriqué ou travaillé sous un rapport de tirage à une réduction de surface de 10 % ou plus, à une température de 850 C ou inférieure: Relation 1 0,80 6. Procédé de fabrication d'un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon la revendication 5, dans lequel un ou plusieurs de Cu: 0,50 % ou moins, Ni: 0,50 % ou moins et Cr: 0,50 % ou moins est contenu à la place d'une partie du reste de Fe. 7. Procédé de fabrication d'un acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute résistance selon la revendication 5 ou 6, dans lequel un ou plusieurs de Nb: 0,20 % ou moins, Ta: 0,20 % ou moins, Zr: 0,10 % et Al: 0,10 % ou moins sont contenus à la place d'une partie du reste de Fe.