La dureté est une mesure de la résistance d'un matériau à la déformation, notamment à l'abrasion ou à l'indentation. Arbres forgés en acier allié avec des valeurs de dureté plus élevées, ils sont généralement plus résistants à l'usure et aux dommages de surface car le matériau est moins sujet aux rayures, aux rayures ou à la perte de matériau pendant le fonctionnement. Par exemple, dans des applications telles que les pompes industrielles, les systèmes de transmission et les équipements miniers, les arbres subissent une friction et une interaction constantes avec d'autres pièces. Un niveau de dureté plus élevé dans l'acier allié réduit le taux de perte de matière à la surface de l'arbre, ce qui contribue directement au maintien des performances de l'arbre sur des périodes d'utilisation prolongées. Cette résistance accrue à l'usure est particulièrement importante dans les environnements soumis à des charges et à des frottements élevés, où les composants sont soumis à un contact continu avec d'autres surfaces ou matériaux pouvant provoquer une abrasion. Par exemple, dans les arbres de transmission et les arbres de transmission, où les forces de friction sont importantes, l'acier trempé contribue à minimiser l'usure, évitant ainsi une défaillance prématurée et maintenant l'intégrité de l'arbre tout au long de sa durée de vie.
La dureté de l’acier allié contribue également à sa résistance à la fatigue, ou à sa capacité à résister sans rupture à des cycles répétés de chargement et de déchargement. Dans de nombreuses applications industrielles, les arbres sont soumis à des forces dynamiques qui provoquent des contraintes cycliques, comme dans les composants de transmission automobile ou les machines lourdes. Les aciers alliés plus durs sont plus résistants à la formation de microfissures sous contraintes cycliques car ils conservent leur intégrité de surface au fil du temps, empêchant ainsi l’initiation et la propagation des fissures de fatigue. En conséquence, les arbres présentant des niveaux de dureté plus élevés présentent une meilleure résistance à la rupture sous des charges mécaniques fluctuantes, ce qui conduit à une durée de vie prolongée. Par exemple, dans les vilebrequins ou les essieux utilisés dans les moteurs automobiles, où les pièces subissent constamment des mouvements de charge répétitifs, la dureté garantit que l'arbre reste durable, résistant à la fois aux forces de traction et de compression sur des millions de cycles.
Lorsqu'un arbre est exposé à des charges excessives, les matériaux plus mous peuvent subir une déformation plastique, où le matériau change de forme de façon permanente. Un niveau de dureté plus élevé rend l'acier allié plus résistant à de telles déformations. Dans les applications telles que les machines de construction ou les équipements pétroliers et gaziers, où les arbres peuvent être soumis à des chocs ou à un couple élevés, l'acier allié trempé aide à maintenir la stabilité dimensionnelle et empêche l'arbre de se déformer ou de se plier sous de fortes contraintes. Cette résistance à la déformation garantit que l'arbre conserve son intégrité structurelle, réduisant ainsi le risque de défaillance et prolongeant sa durée de vie opérationnelle.
Dans les applications de précision, telles que les équipements de travail des métaux ou les composants aérospatiaux, la capacité à maintenir des dimensions et des tolérances cohérentes est essentielle. Les arbres forgés plus durs résistent aux changements dimensionnels progressifs dus à l'usure et à la déformation. Ceci est particulièrement critique dans les machines tournantes, où un désalignement ou une déformation peuvent entraîner de mauvaises performances, une augmentation des vibrations et des coûts de maintenance plus élevés. En conservant leur forme et leur précision au fil du temps, les arbres plus durs contribuent à un fonctionnement plus fiable et plus précis des machines, réduisant ainsi les temps d'arrêt et le besoin de remplacements fréquents.
Si la dureté améliore principalement la résistance à l’usure et à la fatigue, elle peut également avoir des effets indirects sur la résistance à la corrosion. Dans de nombreux cas, les matériaux plus durs ont tendance à être plus résistants à la corrosion abrasive car la surface est moins susceptible de s'user et d'exposer le matériau frais aux agents corrosifs. Cependant, il est important de noter que la dureté à elle seule n’affecte pas directement la résistance à la corrosion de l’acier allié : d’autres facteurs tels que les éléments d’alliage (par exemple le chrome, le nickel) et les traitements de surface (par exemple les revêtements) jouent également un rôle. Cela étant dit, une surface plus dure peut mieux résister à l'usure physique causée par des environnements corrosifs, en particulier dans les applications où des matériaux abrasifs ou des produits chimiques agressifs sont présents, comme dans les équipements de traitement chimique ou les applications marines.
