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Article

1 - MODES DE DÉFORMATIONS MICROPLASTIQUES ET MÉCANISMES D’USURE ASSOCIÉS

  • 1.1 - Usure adhésive
  • 1.2 - Usure par extrusion de bavures
  • 1.3 - Usure par abrasion
  • 1.4 - Récapitulatif des mécanismes d’usure et conséquences

2 - INFLUENCE DES EFFETS THERMIQUES

  • 2.1 - Puissance dissipée et niveaux de température
  • 2.2 - Interactions température/frottement/usure
  • 2.3 - Phénomènes thermomécaniques
  • 2.4 - Phénomènes physico-chimiques

3 - CONCLUSION

4 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : TRI501 v1

Conclusion
Théorie de l’usure - Mécanismes d’usure

Auteur(s) : Éric FELDER, Pierre MONTMITONNET

Date de publication : 10 mars 2016

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RÉSUMÉ

Cet article vise à permettre la prévision et l’augmentation de la durée de vie des contacts frottants. Il présente les mécanismes d’usure d’origine mécanique (abrasion, adhésion, fatigue mécanique, extrusion de bavures), thermomécanique (fluage, fatigue thermique) et physico-chimique (diffusion, tribocorrosion). Il insiste sur les interactions entre ces divers mécanismes d’usure et précise les ordres de grandeur des vitesses d’usure correspondantes.

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ABSTRACT

Theory of Wear. Wear Mechanisms

This article deals with estimating and prolonging the life of frictional contacts. It presents the wear mechanisms induced by various phenomena: mechanical (abrasion, adhesion, mechanical fatigue, extrusion of burrs), thermomechanical (creep, thermal fatigue) and physicochemical (diffusion, tribocorrosion). It emphasizes the interactions between these mechanisms, and states the order of magnitude of the related wear rates.

Auteur(s)

  • Éric FELDER : Maître de Recherches honoraire - MINES ParisTech, CEMEF, Paris, France

  • Pierre MONTMITONNET : Directeur de Recherches CNRS - MINES ParisTech, CEMEF, Paris, France

INTRODUCTION

Le mouvement relatif entre deux solides engendre deux phénomènes indissociables : le frottement, c’est-à-dire la résistance mécanique à ce mouvement relatif, et l’usure, c’est-à-dire une perte de matière des corps antagonistes. Contrairement au frottement qui a des conséquences positives et négatives l’usure des pièces frottantes des mécanismes et des outils de fabrication n’a que des côtés négatifs et doit être minimisée. Toutefois, un contact implique deux antagonistes et il est souvent souhaitable de concentrer les phénomènes d’usure, a priori inévitables, sur l’une des deux pièces, la plus facile et la moins coûteuse à changer. Par ailleurs, dans les procédés d’usinage par abrasion, il faut ôter de la matière au matériau de la pièce usinée à la vitesse la plus élevée possible, tout en minimisant l’endommagement et l’usure des agents abrasifs. Comme il faut pouvoir prendre en compte l’usure dans la conception des machines et des opérations de fabrication, l’objectif de cette série d’articles est de fournir des modèles permettant de prévoir la vitesse d’usure des pièces frottantes et des outils de fabrication et ainsi maîtriser leur durée de vie.

Après avoir précisé les enjeux associés à la maîtrise de l’usure, l’article précédent [TRI 500] définit l’usure et décrit des méthodes de mesure. Puis il rappelle les principaux critères permettant de caractériser les modes d’interaction entre les pièces frottantes : nature du régime de lubrification et du mode de déformation des microcontacts. Il présente la loi de Preston-Archard qui décrit l’effet sur l’usure de la force normale et de la longueur de glissement à l’aide de la vitesse d’usure k. Il discute ensuite l’origine microscopique de cette loi et ses limites expérimentales. Après avoir précisé des ordres de grandeur de la vitesse d’usure en frottement à sec de divers matériaux, il montre comment cette loi permet le calcul de l’usure de divers systèmes tribologiques et l’analyse mécanique de procédés d’usinage par abrasion.

Cet article présente les mécanismes d’usure d’origine mécanique (abrasion, adhésion, fatigue mécanique, extrusion de bavures), thermomécanique (fluage, fatigue thermique) et physico-chimiques (diffusion, tribocorrosion). Il insiste sur les interactions entre ces divers mécanismes d’usure et précise les ordres de grandeur des vitesses d’usure correspondantes.

Pour approfondir certains aspects plus appliqués, comme par exemple la description détaillée de pièces usées ou la mise en place de solutions comme la déposition d’un film protecteur, le lecteur pourra consulter avec profit les articles « Usure des contacts mécaniques » [BM 5 065] [BM 5 066] [BM 5 067] [BM 5 068] de la même base documentaire.

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KEYWORDS

wear rate   |   thermomechanics of contact   |   physicochemistry of contact

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-tri501


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3. Conclusion

Ce panorama des divers mécanismes d’usure montre toute la complexité du problème de la prévision de l’usure. Toutefois, dans un certain domaine de validité, à préciser, lorsque les effets thermiques restent limités, nous avons vu dans l’article [TRI 500] et le présent article que l’on peut caractériser un contact par la vitesse d’usure des pièces :

( 10 )

Nous présenterons dans les articles suivants des modèles mécaniques d’estimation de la vitesse d’usure k en fonction des caractéristiques du contact (macro- et microgéométrie, propriétés mécaniques des matériaux, chargement…). Les thèmes abordés dans ces articles seront les suivants :

  • la modélisation de la vitesse d’usure des matériaux ductiles ;

  • la modélisation de la vitesse d’usure des matériaux semi-fragiles.

L’usure découle de la création et de l’élimination de débris après circulation dans l’interface où ils jouent le rôle d’un troisième corps en contact sec. Dans un autre article, nous proposerons et testerons expérimentalement un modèle d’usure basé sur l’analyse du troisième corps. Puis, dans un dernier article, nous présenterons diverses approches des mécanismes d’usure prenant en compte les aspects thermiques du contact.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AKAKI (T.), KATO (K.) -   Plastic flow process of surface layers in flow wear under boundary lubrication,  -  Wear 117 179-196 (1987).

  • (2) - KHANAFI-BENGHALEM (N.), FELDER (E.), LOUCIF (K.), MONTMITONNET (P.) -   Plastic deformation of 25CrMo4 steel during wear : Effect of the temperature, the normal force and the structural state,  -  Wear 268 23-40 (2010).

  • (3) - CHALLEN (J.M.), OXLEY (P.L.B.) -   An explanation of the different regimes of friction and wear during the abrasion of metals,  -  Wear 53 229-243 (1978).

  • (4) - PETRYK (H.) -   Slip line field solutions for sliding contact,  -  Proc. I. Mech. Engrs Int. Conf. « Tribology : friction, lubrication and wear » (London) C140/87 987-994 (1987).

  • (5) - TABOR (D.) -   Mohs’ hardness scale – A physical interpretation,  -  Proc. Phys. Soc., B 67 249-257 (1954).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Lubrification en mise en forme – Principes généraux et choix.

  • Lubrification en mise en forme – Frottement et usure : caractérisation.

  • Lubrification en mise en forme – Régime de lubrification par film épais.

  • Lubrification en mise en forme – Régime de lubrification mixte.

  • Plasticité en mise en forme – Rappels de bases, faits expérimentaux.

  • Plasticité en mise en forme – Comportement rigide-plastique.

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