39NiCrMo3: Spécifications techniques de l’acier

01Acier 39NiCrMo3 : caractéristiques générales

L'acier 39NiCrMo3 (numéro de matériau 1.6510, EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3)) est un acier allié pour trempe et revenu au nickel-chrome-molybdène, utilisé à l’état trempé et revenu (+QT) pour les organes mécaniques sollicités en fatigue et en torsion : arbres de transmission, vilebrequins, engrenages, axes et bielles. 

L’alliage - C 0,35-0,43 %, Ni 0,70-1,00 %, Cr 0,60-1,00 %, Mo 0,15-0,25 % - offre une bonne trempabilité et une combinaison équilibrée de résistance et de ténacité : après trempe et revenu, il atteint Rm 980-1180 MPa pour des sections jusqu’à 16 mm, avec des valeurs décroissantes à mesure que le diamètre augmente. Par rapport à un acier pour trempe et revenu non allié comme le C45, il conserve des propriétés plus uniformes sur les sections moyennes à grandes. Il présente toutefois une soudabilité limitée et une sensibilité à la fragilité de revenu, à gérer lors des cycles thermiques. Il est régi par EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) (laminés à chaud) et EN ISO 683-7:2024 (anciennement EN 10277:2018) (produits finis à froid).

L’équilibre entre le carbone et les éléments d’alliage fait du 39NiCrMo3 le choix typique lorsqu’un C45 ne garantit pas une trempabilité suffisante sur la section, sans toutefois nécessiter les teneurs en éléments d’alliage d’un 42CrMo4. Il appartient à la famille des aciers pour trempe et revenu et est disponible dans les états +N, +A et +QT. Pour la gamme dimensionnelle, les usinages et le devis : 39NiCrMo3 - produits et demande de devis.

02Composition chimique du 39NiCrMo3

La composition chimique du 39NiCrMo3 est définie par EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) pour le numéro de matériau 1.6510. Il s’agit d’un acier allié Ni-Cr-Mo à teneur moyenne en carbone : le carbone confère la capacité de trempe et la dureté après revenu, tandis que le nickel, le chrome et le molybdène en gouvernent la trempabilité et la ténacité.

2.1Tableau de composition chimique

Les teneurs prescrites par EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) (analyse de coulée) sont indiquées dans le tableau suivant.

2.2Rôle des éléments d’alliage

Le nickel augmente la ténacité et abaisse la température de transition ductile-fragile. Le chrome accroît la trempabilité et la résistance à l’usure. Le molybdène améliore la stabilité au revenu et limite - sans toutefois l’éliminer complètement - la fragilité de revenu, typique de cette famille d’aciers. Le manganèse, outre sa fonction désoxydante, fixe le soufre sous forme de sulfure de manganèse (MnS) en limitant la fragilité à chaud, tandis que le silicium agit comme désoxydant et contribue à la résistance. Sur demande, la nuance peut être fournie avec traitement au calcium (Ca) pour améliorer les propriétés transversales, ou dans les variantes à usinabilité améliorée au plomb (Pb 0,15-0,35 %) ou à soufre contrôlé (S 0,020-0,040 %).

2.3Contrôle des éléments résiduels

La norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) limite les éléments nocifs afin de préserver la ténacité : le phosphore ne dépasse pas 0,025 % (prévention de la fragilité à froid et des ségrégations) et le soufre 0,035 % (maîtrise des inclusions qui réduisent la ténacité transversale). Dans les variantes à usinabilité améliorée, le soufre est au contraire volontairement augmenté dans une fenêtre contrôlée (0,020-0,040 %) pour favoriser l’usinabilité. Le choix entre la variante « propre » et la variante à soufre contrôlé dépend du compromis recherché entre ténacité transversale et usinabilité sur machines-outils.

2.4Écarts admis sur l’analyse de produit

La norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) admet des écarts de l’analyse de produit par rapport à l’analyse de coulée : à titre indicatif C ±0,02 %, Mn ±0,04 %, Cr ±0,05 %, Ni ±0,05 %, Mo ±0,03 %. Il ne s’agit pas de tolérances de procédé de l’aciérie, mais des limites normatives à l’intérieur desquelles l’analyse sur le produit fini peut différer de l’analyse de coulée. C’est un paramètre déterminant pour la conformité du mill test certificate (MTC) émis selon EN 10204 (certificat 2.1 ou 3.1).

03Propriétés mécaniques du 39NiCrMo3 à l’état trempé et revenu (+QT)

Les propriétés mécaniques du 39NiCrMo3 dépendent de la classe dimensionnelle : les valeurs prescrites par EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) valent pour la section de référence indiquée et diminuent lorsque le diamètre ou l’épaisseur augmente, en raison de la moindre sévérité de trempe à cœur. Les valeurs s’entendent sur éprouvette longitudinale, à 20 °C, à l’état +QT.

3.1Propriétés mécaniques par classe dimensionnelle

Note : les valeurs s’appliquent aux produits laminés à chaud +QT selon EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3), jusqu’à la section de référence de 250 mm. Pour les sections supérieures (produits forgés), les données disponibles ne sont qu’indicatives (réf. UNI 7874) et doivent être convenues à la commande. EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) spécifie pour l’état +QT les valeurs de Rm, Rp0,2, A, Z et KV ; la dureté Brinell n’est pas une exigence du +QT (elle est en revanche prescrite comme valeur maximale pour l’état recuit +A). Les valeurs HB du tableau sont des corrélations indicatives déduites de Rm.

3.2Dureté et modules d’élasticité

À l’état recuit (+A), la dureté est limitée à une valeur maximale prescrite par la norme (de l’ordre d’environ 248 HB). À l’état trempé et revenu, la dureté suit la classe dimensionnelle selon la corrélation avec Rm indiquée dans le tableau précédent. Le module d’élasticité est E ≈ 210 GPa et le module de cisaillement G ≈ 80 GPa ; la masse volumique est ≈ 7,85 kg/dm³ (= 7,85 g/cm³), valeur typique des aciers alliés Ni-Cr-Mo. Ces paramètres garantissent une rigidité et une stabilité dimensionnelle adaptées aux composants sollicités.

3.3Résistance à la fatigue et ténacité

La combinaison d’une trempabilité profonde et d’une ténacité élevée rend le 39NiCrMo3 adapté aux composants soumis à des sollicitations cycliques. La résilience KV prescrite est ≥ 35-40 J (éprouvette longitudinale, à 20 °C) pour les sections supérieures à 16 mm. Le comportement réel en fatigue ne dépend toutefois pas du seul matériau : l’état de surface, les contraintes résiduelles et la température de revenu adoptée ont une influence déterminante et doivent être rapportés à chaque composant. Un revenu élevé (≥ 550 °C) privilégie la ténacité, un revenu plus bas la résistance.

04Caractéristiques physiques du 39NiCrMo3

Les données physiques sont des paramètres de conception pour le calcul des dilatations, des rigidités et des cycles thermiques. Sauf indication contraire, il s’agit de valeurs typiques pour les aciers alliés Ni-Cr-Mo, à confirmer sur la fiche technique de l’aciérie fournisseuse en cas de calculs critiques.

4.1Masse volumique et modules d’élasticité

La combinaison d’une masse volumique typique et de modules élevés offre une bonne rigidité à section égale, utile dans la conception d’arbres et d’organes sollicités en flexion et en torsion.

4.2Propriétés thermiques et dilatation

Le coefficient de dilatation thermique linéaire (≈ 11,2 × 10⁻⁶/K) est le paramètre clé pour le calcul des tolérances sur les composants soumis à des cycles thermiques. La conductivité thermique des aciers alliés Ni-Cr-Mo est généralement inférieure à celle des aciers au carbone : il en résulte des temps d’égalisation plus longs au chauffage, un aspect à prendre en compte dans les cycles de traitement de pièces de forte épaisseur afin d’éviter les gradients thermiques et les contraintes. La stabilité dimensionnelle après trempe et revenu favorise la répétabilité dans les traitements de série.

4.3Propriétés électriques et magnétiques

Le 39NiCrMo3 est un acier ferromagnétique ; les propriétés électriques et magnétiques ne constituent pas des critères de sélection pour ses applications mécaniques typiques et ne sont pas prescrites par l’EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3). La présence de nickel, de chrome et de molybdène modifie la résistivité par rapport aux aciers au carbone de base, mais pour des applications électromécaniques spécifiques, il convient de se référer à des données certifiées par le fournisseur, et non à des valeurs génériques de la littérature.

05Traitements thermiques du 39NiCrMo3

5.1Vue d’ensemble des traitements

Les traitements thermiques du 39NiCrMo3 selon l’EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) comprennent la normalisation, le recuit d’usinabilité et - comme traitement d’emploi - la trempe et revenu (trempe suivie d’un revenu). La bonne gestion des cycles, en particulier de la température de revenu, détermine le compromis final entre résistance et ténacité et est essentielle pour éviter la fragilité de revenu à laquelle la nuance est sensible.

5.2Températures critiques et trempe et revenu

Points de transformation indicatifs : Ac1 ≈ 740 °C, Ac3 ≈ 790 °C, Ms ≈ 330 °C, Mf ≈ 110 °C (valeurs sensibles à la composition réelle du lot). La trempe et revenu comprend :

• Austénitisation et trempe : ≈ 840-850 °C. Le milieu standard pour cet acier allié est l'huile ou le polymère ; la trempe à l’eau (≈ 840 °C), bien qu’admise par certaines fiches d’aciérie, augmente le risque de criques et de distorsions - notamment en raison de la sensibilité connue du 39NiCrMo3 aux flocons (white spots) - et doit être évaluée au cas par cas, sans être adoptée comme pratique courante pour les sections minces.
• Revenu : 550-650 °C, avec un maintien adéquat et un refroidissement contrôlé au-delà de la zone de fragilité de revenu ; la température est sélectionnée en fonction de la résistance/ténacité visée.

Le tableau suivant présente l’évolution typique des propriétés en fonction de la température de revenu, sur éprouvette Ø 10 mm trempée à l’huile à 850 °C. Il s’agit de valeurs indicatives issues de fiches techniques d’aciérie, qui ne se substituent pas aux exigences +QT du tableau au §3.1, lesquelles se réfèrent à la section réelle du produit.

Le minimum de résilience dans l’intervalle ≈ 250-450 °C et sa remontée au-delà de 500 °C reflètent la fragilité de revenu : pour obtenir une ténacité élevée, le revenu est réalisé à haute température avec un refroidissement rapide au-delà de la zone critique.

5.3Normalisation et recuit

La normalisation s’effectue à ≈ 860 °C avec refroidissement à l’air, afin d’affiner le grain et d’homogénéiser la structure avant les usinages ou comme prétraitement avant la trempe et revenu. Le recuit d’usinabilité (soft annealing) prévoit un refroidissement lent au four pour réduire la dureté en vue des usinages sur machines-outils, avec une dureté résultante limitée au maximum prescrit par la norme (environ 248 HB). Le choix de l’état initial influe sur les temps et la qualité de l’usinage mécanique.

5.4Trempabilité (Jominy) et soudage

EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) prescrit une bande de trempabilité Jominy pour la variante +H (taille de grain ≥ 5). À 1,5 mm de l’extrémité trempée, la dureté est comprise entre 52 et 60 HRC ; à 30 mm, entre 34 et 51 HRC. Le maintien de duretés élevées à des distances considérables de l’extrémité confirme la capacité d’obtenir des structures majoritairement martensitiques à cœur sur des sections moyennes à grandes, dans les limites imposées par la teneur en éléments d’alliage.

La soudabilité est limitée (carbone équivalent élevé). Lorsque le soudage est inévitable, on adopte un préchauffage (de l’ordre de 300 °C) et un détensionnement post-soudage (environ 550 °C), à définir au moyen d’une procédure dédiée (WPS) en fonction de l’épaisseur et de l’apport thermique, afin de limiter le risque de fissuration à froid par l’hydrogène. S’agissant d’un acier utilisé à l’état trempé et revenu, le soudage n’est pas la condition d’emploi typique et doit être confié à un personnel qualifié.

06Applications du 39NiCrMo3

Le 39NiCrMo3 s’emploie à l’état trempé et revenu pour des composants mécaniques sollicités en fatigue et en torsion, où une résistance associée à une ténacité est requise sur des sections moyennes avec une trempe à cœur suffisamment uniforme.

6.1Automobile et transmission de puissance

Dans le domaine de la transmission de puissance, le 39NiCrMo3 est utilisé pour les arbres de transmission, les vilebrequins, les demi-arbres, les arbres à cames, les engrenages et les bielles : des composants soumis à des sollicitations dynamiques et à des cycles de fatigue prolongés, où la combinaison de résistance et de ténacité après trempe et revenu constitue l’exigence déterminante. La trempabilité permet des performances uniformes même sur des sections de l’ordre de la centaine de millimètres.

6.2Mécanique industrielle et machines-outils

En mécanique générale et lourde, la nuance est utilisée pour les mandrins, les arbres de presses, les axes, les tirants et les organes sollicités en flexion, torsion et traction dans des conditions sévères. Elle trouve également son emploi dans le terrassement et les engins de construction, pour les essieux et les pièces structurelles qui doivent supporter des charges élevées tout en conservant leur stabilité dimensionnelle. L’usinabilité est satisfaisante et peut être encore améliorée avec les variantes à teneur en soufre contrôlée ou au plomb.

6.3Oil & Gas et énergie

Dans le secteur oil & gas, le 39NiCrMo3 est utilisé pour les supports, les châssis d’équipements et les composants mécaniques des appareils de forage et d’extraction. Dans le secteur de l’énergie, il est employé pour les organes de transmission et les pièces mécaniques soumises à une charge cyclique. Dans ces domaines, le choix final de la nuance doit toujours être vérifié au regard des exigences de service spécifiques (température, environnement, criticité), qui peuvent imposer des nuances à plus forte teneur en éléments d’alliage.

6.4Limites d’application et nuances alternatives

Le 39NiCrMo3 présente une trempabilité inférieure à celle des nuances Ni-Cr-Mo plus fortement alliées : sur des sections très grandes ou pour des résistances élevées à cœur, elle peut s’avérer insuffisante. Il est en outre sensible à la fragilité de revenu et aux flocons, avec une soudabilité limitée. Pour les applications à plus haute responsabilité - sections importantes, exigences structurelles aérospatiales ou de défense - on recourt généralement à des nuances telles que 42CrMo4, 34CrNiMo6 ou 36NiCrMo16 (classe proche de l’AISI 4340/300M). Indiquer le 39NiCrMo3 dans de tels domaines sans une qualification spécifique du composant n’est pas correct.

07Questions fréquentes sur le 39NiCrMo3

7.1Quelles sont les équivalences du 39NiCrMo3 ?

Numéro de matériau 1.6510. Sous la même désignation, il figure dans la norme historique italienne UNI 7845 (39NiCrMo3) et dans la NF A35-552 (France). Équivalence indicative, et non une identité : AISI/SAE ~9840 (USA), approximative en raison des écarts de composition. Il convient d’éviter l’équivalence avec le BS 970 817M40 (Royaume-Uni) et le JIS SNCM439, qui présentent une teneur en nickel nettement supérieure (proche de l’AISI 4340) et ne correspondent pas au 39NiCrMo3.

7.2Comment les dimensions influencent-elles les propriétés mécaniques ?

Les propriétés +QT décroissent à mesure que la section augmente : de Rm 980-1180 MPa avec Rp0,2 ≥ 785 MPa pour d ≤ 16 mm, jusqu’à Rm 740-880 MPa avec Rp0,2 ≥ 540 MPa pour 160 < d ≤ 250 mm, tout en conservant un allongement ≥ 11-13 % (voir tableau au §3.1). Les propriétés doivent toujours être rapportées à la classe dimensionnelle du demi-produit.

7.3Est-il possible de souder l’acier 39NiCrMo3 ?

La soudabilité est limitée. Lorsqu’il est nécessaire, le soudage exige un préchauffage et un détensionnement après soudage définis par une procédure qualifiée, afin de prévenir les fissures à froid dues à l’hydrogène. Ce n’est pas la condition d’emploi typique de la nuance, qui travaille à l’état trempé et revenu.

7.4Quel traitement thermique applique-t-on au 39NiCrMo3 ?

Le traitement d’emploi est la trempe et revenu : trempe à ≈ 840-850 °C à l’huile ou au polymère, suivie d’un revenu à 550-650 °C, calibré sur le compromis résistance/ténacité recherché. La trempe à l’eau est admise mais plus risquée sur le plan des fissures et des distorsions.

7.539NiCrMo3 ou C45 : quelles différences ?

Le C45 est un acier non allié pour trempe et revenu (EN ISO 683-1:2018 (anciennement EN 10083-2)), à trempabilité modeste : les propriétés chutent rapidement sur les sections épaisses. Le 39NiCrMo3, allié, conserve une résistance et une ténacité plus uniformes à mesure que le diamètre augmente, au prix d’un coût plus élevé. La comparaison chiffrée doit se faire à classe dimensionnelle et état de livraison équivalents.

7.639NiCrMo3 ou 42CrMo4 : comment choisir ?

Il s’agit dans les deux cas d’aciers alliés pour trempe et revenu (EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3)). Le 42CrMo4 (Cr-Mo, n° 1.7225) offre généralement une trempabilité et une résistance à cœur supérieures sur les sections importantes ; le 39NiCrMo3 (Ni-Cr-Mo) privilégie la ténacité grâce au nickel. Le choix dépend de la section, des exigences de résistance/ténacité et de la disponibilité : pour les grandes sections et les hautes résistances, on tend vers le 42CrMo4 ; pour les composants où la ténacité prime, vers le 39NiCrMo3.

7.7Quelles sont les tolérances dimensionnelles ?

Les dimensions nominales et les tolérances de forme sont à convenir à la commande selon EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3). Pour les produits finis à froid (étirés à froid, écroûtés), ce sont les tolérances de l’EN ISO 683-7:2024 (anciennement EN 10277:2018) qui s’appliquent. Les tolérances d’usinage suivent généralement les classes générales ISO 2768-1 (fin « f » ou moyen « m »), tandis que pour les pièces forgées on se réfère à l’EN 10243-1. La classe doit être choisie en fonction des exigences fonctionnelles du composant et du compromis coût-performances.

08Livraison du 39NiCrMo3 : états, certifications et normes

8.1États de livraison et certification

Siderticino fournit le 39NiCrMo3 à l’état normalisé (+N), recuit (+A) et trempé et revenu (+QT), en barres rondes, carrées, plats et produits forgés. Chaque livraison est accompagnée d’une déclaration de conformité à la commande EN 10204 2.1 ou, sur demande, d’un certificat de réception 3.1, avec traçabilité de la composition chimique et des caractéristiques mécaniques. Le choix de l’état de livraison optimise les temps d’usinage du client : +A pour l’usinabilité, +QT pour les performances mécaniques immédiates, +N comme condition intermédiaire ou pré-traitement.

8.2Normes de référence et assistance technique

Normes de référence : EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) (aciers alliés pour trempe et revenu, produits laminés à chaud) et EN ISO 683-7:2024 (anciennement EN 10277:2018) (produits finis à froid) ; certification selon EN 10204. Outre la fourniture du matériau, Siderticino propose les services d’usinage associés : découpe de l’acier sur mesure sur les barres 39NiCrMo3 et une assistance dans la définition de l’état de livraison, des paramètres de trempe et revenu et des finitions. Pour le prédimensionnement des demi-produits, l’outil de calcul du poids des barres en acier est disponible.

→ Pour la gamme de diamètres, les usinages et le devis, voir la page produit : Demandez le 39NiCrMo3.