42CrMo4: Spécifications techniques de l’acier

01Acier 42CrMo4 : caractéristiques et propriétés fondamentales

L’acier 42CrMo4 (numéro de matériau 1.7225) est un acier allié pour trempe et revenu au chrome-molybdène classé selon la norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3), équivalent indicatif de l’AISI/SAE 4140. Il figure parmi les alliages de construction les plus répandus pour les organes mécaniques sollicités en fatigue et en torsion, grâce à la trempabilité élevée conférée par le chrome et le molybdène, aux propriétés mécaniques élevées après trempe et revenu et à une bonne usinabilité sur machines-outils. La combinaison de ces caractéristiques en fait la référence standard lorsqu’un acier non allié comme le C45 ne garantit pas une pénétration de trempe suffisante sur les sections requises.

La composition, définie par EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3), prévoit un carbone de 0,38-0,45 %, un chrome de 0,90-1,20 % et un molybdène de 0,15-0,30 % ; le molybdène réduit en outre la sensibilité à la fragilité de revenu. Après trempe et revenu (+QT), le 42CrMo4 atteint des résistances à la traction comprises, en fonction du diamètre, entre environ 800 et 1300 MPa, avec des duretés typiques de 280-320 HBW. La livraison s’effectue principalement à l’état trempé et revenu, ainsi que recuit ou laminé à chaud pour les opérations d’usinage ultérieures.

Les applications typiques vont des arbres de transmission, engrenages, axes et bielles du secteur automobile et de la mécanique lourde, aux composants pour l’oil&gas et aux équipements soumis à des sollicitations dynamiques élevées.

02Composition chimique de l’acier 42CrMo4

La composition chimique du 42CrMo4 est définie par la norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) et constitue la base des propriétés mécaniques obtenues après trempe et revenu. Le carbone (0,38-0,45 %) détermine la dureté atteignable après trempe ; le chrome (0,90-1,20 %) augmente la trempabilité et favorise la formation de carbures stables ; le molybdène (0,15-0,30 %) améliore la résistance au revenu et combat la fragilité de revenu, aspect critique pour les composants à haute responsabilité. Le manganèse (0,60-0,90 %) et le silicium (≤0,40 %) complètent la désoxydation et contribuent à la trempabilité et à l’affinement structural.

Les teneurs en phosphore (≤0,025 %) et en soufre (≤0,035 %) sont maîtrisées afin de limiter la fragilité et de garantir l’usinabilité. La variante à usinabilité améliorée 42CrMoS4 (numéro de matériau 1.7227) présente une teneur en soufre contrôlée dans l’intervalle 0,020-0,040 %, les autres caractéristiques de composition demeurant inchangées. Sur demande, la fourniture avec traitement au calcium pour le contrôle des inclusions est disponible, au bénéfice de la ténacité et de la résistance à la fatigue en direction transversale.

03Propriétés mécaniques de l’acier 42CrMo4

Les propriétés mécaniques du 42CrMo4 dépendent de l’état de livraison et, après trempe et revenu (+QT), du diamètre de référence de la pièce : la trempabilité du matériau permet de conserver des valeurs élevées même sur des sections d’épaisseur moyenne à grande. La norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3) prescrit les intervalles par classe dimensionnelle indiqués ci-dessous ; la limite d’élasticité Rp0,2 passe d’environ 900 MPa pour les petites sections à environ 550 MPa pour les diamètres 100-160 mm.

La dureté après trempe et revenu se situe généralement entre 280 et 320 HBW, ce qui correspond à environ 29-34 HRC. L’allongement en pourcentage croît de 10 % pour les petites sections jusqu’à 13-14 % pour les diamètres les plus importants, confirmant une bonne ductilité malgré la résistance élevée. La résilience KV se maintient à des valeurs de l’ordre de 35 J pour la plupart des sections, exigence importante pour les composants soumis à des charges dynamiques et à des chocs. Le module d’élasticité est d’environ 210 GPa. La limite de fatigue en flexion rotative est de l’ordre de 370 MPa.

04Caractéristiques physiques de l’acier 42CrMo4

Les caractéristiques physiques du 42CrMo4 sont celles typiques des aciers alliés pour trempe et revenu et servent au dimensionnement thermomécanique des composants. La masse volumique est d’environ 7,85 g/cm³. Le module d’élasticité (module de Young) est d’environ 210 GPa à température ambiante, avec une légère diminution lorsque la température augmente (environ 205 GPa à 100 °C). Le coefficient de Poisson est de 0,27-0,30.

La chaleur spécifique (460-470 J/(kg·K)) et la conductivité thermique (42,6-46 W/(m·K)) sont des paramètres utiles pour le calcul des cycles de traitement thermique. Le coefficient de dilatation thermique linéaire (environ 12,2 μm/(m·K) dans l’intervalle 20-100 °C) doit être pris en compte dans le calcul des tolérances sur les composants soumis à des cycles thermiques. La résistivité électrique est de l’ordre de 0,2 Ω·mm²/m. Ces valeurs sont des propriétés physiques du matériau et ne constituent pas des exigences normatives de la norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3).

05Traitements thermiques de l’acier 42CrMo4

Le traitement de référence du 42CrMo4 est la trempe et revenu, constitué d’une trempe suivie d’un revenu. La trempe comprend une austénitisation à environ 840-870 °C suivie d’un refroidissement à l’huile ; le refroidissement à l’eau est réservé aux sections plus importantes où l’huile ne garantit pas la sévérité de trempe nécessaire. Le refroidissement à l’huile est préférable pour les géométries complexes et les pièces sensibles aux fissures, car il limite les contraintes internes et le risque de fissuration ; le refroidissement à l’eau augmente la sévérité de trempe mais accroît le risque de déformations et de fissures.

Le revenu est effectué entre 540 et 680 °C et constitue le paramètre qui équilibre résistance et ténacité : des températures plus basses privilégient la résistance à la traction, des températures plus élevées favorisent la ténacité et la résilience. La dureté à l’état seulement trempé (martensitique, avant revenu) atteint environ 55-58 HRC, cohérente avec une teneur en carbone d’environ 0,42 %. Parmi les traitements préliminaires, la normalisation (840-880 °C, refroidissement à l’air) affine la structure ; le recuit d’usinabilité (680-720 °C) et le recuit de globulisation (740-770 °C) réduisent la dureté pour faciliter l’enlèvement de copeaux.

Le 42CrMo4 peut en outre recevoir des traitements de surface : la trempe superficielle par induction permet de dépasser 53 HRC en surface tout en conservant un cœur tenace trempé et revenu ; la nitruration est fréquente sur les arbres et les engrenages afin d’accroître la dureté superficielle ainsi que la résistance à l’usure et à la fatigue.

06Applications industrielles de l’acier 42CrMo4

Le 42CrMo4 est employé dans les secteurs où sont requises résistance, ténacité et trempabilité sur des sections moyennes à grandes. Dans l’automobile et les véhicules industriels, il est utilisé pour les demi-arbres, les arbres de transmission, les engrenages, les axes et les tirants de direction, où la résistance à la fatigue et la ténacité sont déterminantes. Dans la mécanique lourde, il est employé pour les engrenages (trempés et revenus, puis nitrurés), les bielles, les broches et les vérins hydrauliques, tirant parti de sa bonne usinabilité alliée à une trempabilité élevée.

Dans le secteur oil&gas, il est utilisé pour les tiges de forage et les composants d’installation, pour sa résistance à l’usure et sa ténacité dans les environnements sévères. Il trouve également son emploi dans le ferroviaire (essieux et composants de suspension) et dans certains composants structurels exigeant résistance et ténacité ; pour les applications aérospatiales les plus critiques, comme les trains d’atterrissage à haute résistance, on recourt généralement à des nuances à ténacité/résistance plus élevée (par ex. 34CrNiMo6, 4340/300M), tandis que le 42CrMo4 couvre les composants moins sollicités. Sa polyvalence découle de la possibilité de moduler la dureté superficielle et la ténacité à cœur au moyen des traitements thermiques.

07Questions fréquentes sur l’acier 42CrMo4

7.1Quelle est la différence entre le 42CrMo4 et le 4140 ?

Le 42CrMo4 (EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3), 1.7225) et l’AISI/SAE 4140 (ASTM A29) sont des nuances très proches, considérées comme équivalentes à titre indicatif. La principale différence porte sur le manganèse : 0,60-0,90 % dans le 42CrMo4 contre 0,75-1,00 % dans le 4140. Le carbone, le chrome et le molybdène sont pratiquement identiques, si bien que la résistance mécanique et la trempabilité sont comparables. Il s’agit toutefois de nuances relevant de normes différentes : l’équivalence est indicative et ne constitue pas une identité.

7.2Quels sont les états de livraison standard ?

Le 42CrMo4 est fourni principalement à l’état trempé et revenu (+QT), prêt pour l’emploi structurel. Sont également disponibles l’état recuit, pour les applications exigeant une faible dureté et une excellente usinabilité, ainsi que l’état laminé à chaud/brut de laminage, lorsqu’il n’y a pas d’exigences spécifiques de dureté avant les usinages.

7.3Comment optimiser l’usinabilité ?

L’usinabilité s’améliore par recuit : le recuit d’usinabilité à 680-720 °C, ou le recuit de globulisation à 740-770 °C, abaisse la dureté en dessous de 241 HBW (et en dessous de 200 HBW dans le cas de la globulisation). La variante 42CrMoS4 (soufre 0,020-0,040 %) offre une usinabilité supérieure à propriétés par ailleurs égales.

7.4Quelles sont les équivalences internationales ?

Outre l’AISI/SAE 4140, le 42CrMo4 présente des équivalences indicatives avec le GB/T 3077 42CrMo (Chine) et avec le JIS SCM440 (Japon), ce dernier avec de légères différences dans les teneurs en manganèse et en silicium. Il s’agit d’équivalences indicatives, utiles pour l’approvisionnement mais qui ne constituent pas une identité parfaite entre les normes.

7.5Quand choisir le 42CrMo4 par rapport à d’autres nuances ?

Le 42CrMo4 est le choix typique lorsqu’il faut un équilibre entre résistance (Rm ~900-1300 MPa selon la section), ténacité (KV ≥35 J) et trempabilité sur des sections d’épaisseur moyenne à grande, des performances inaccessibles avec un acier non allié comme le C45. Lorsqu’une trempabilité ou une ténacité supérieure est requise sur des sections encore plus grandes, on envisage des nuances au nickel-chrome-molybdène comme le 39NiCrMo3 ou le 34CrNiMo6.

08L’acier 42CrMo4 de Siderticino

Siderticino fournit de l’acier 42CrMo4 de qualité certifiée conformément à la norme EN ISO 683-2:2018 (anciennement EN 10083-3), avec traçabilité du matériau et documents de contrôle EN 10204 (type 2.1 de série, type 3.1 sur demande). La gamme comprend des barres rondes et des blocs de tôle, principalement à l’état trempé et revenu, avec découpe sur mesure et traitements thermiques à façon.

Pour les formats disponibles, les exécutions, les états de livraison et la demande de devis, consultez la page produit : Produits en acier 42CrMo4. Pour les nuances similaires, consultez les fiches techniques du 39NiCrMo3 et du C45 ; pour la catégorie, aciers pour trempe et revenu. Pour estimer le poids des demi-produits, l’outil de calcul du poids des barres en acier est disponible.

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