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RÉSUMÉ
Un système tribologique (tribosystème) peut être conçu en vue d´assurer une résistance contre l´usure, d’assurer des transitions d´usure douce vers une usure sévère et de paramètres opérationnels susceptible engendrer l´usure adhésive à base d´une analyse des conditions d´opérations du tribosystème. Le taux d´usure kv représente une donnée tribologique principale de prescription relative à la résistance d´usure d´un matériau candidat. La valeur P×V[MPa×m/s] décrit une limite entre l´usure douce et sévère, elle s’apparente ainsi à la limite d’utilisation des matériaux au dessus duquel le matériau connaît un changement de mécanisme d’usure qui peut aller jusqu’au grippage. Cet article établit étape par étape ces caractéristiques à l’aide de plusieurs exemples et classe les plages des taux d´usures et valeurs P×V de matériaux. L´article éclaire aussi sur l´impact de paramètres opérationnels (rugosité, humidité relative, etc.) sur le frottement et le taux d´usure.
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A tribological system (tribosystem) can be conceived in order to guarantee wear resistance, transitions from light to severe wear and operational parameters which are likely to generate adhesive wear through an analysis of the tribosystem operating conditions. The kv wear rate is a major prescription tribologic data relative to the wear resistance of a particular material. The P×V[MPa×m/s] value describes a limit between light and severe wear and can be thus equated to the limit of material use above which materials undergo a change in their wear mechanism which can even lead to seizure. This article presents these characteristics step by step through the use of several examples and classifies the materials wear rate and PxV value brackets. The article also highlights the impact of operational parameters (surface roughness, relative humidity, etc.) on friction and wear rates.
Auteur(s)
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Mathias WOYDT : Diplômé en Métallurgie et Science des Matériaux, Université Technique de Berlin, Docteur en Sciences des Matériaux - Directeur de la division « Tribologie : Protection contre l'usure » à BAM l'Institut Fédéral pour la Recherche et l'Essai des Matériaux, Berlin
INTRODUCTION
Dans le monde actuel, des produits de plus en plus performants et fiables doivent être développés dans un délai de plus en plus court pour garantir la compétitivité de l'entreprise. Les lois environnementales et les listes de substances/matériaux prohibés ainsi que l'évolution des prix et la sécurité d'approvisionnement nécessitent de revoir le choix de beaucoup de matériaux. De plus l'allègement des pièces pour des raisons économiques et/ou écologiques est un enjeu de plus en plus important. Dans ce contexte, l'ingénieur qui réussira le mieux sera celui qui aura la plus grande expérience dans le domaine des matériaux, revêtements et lubrifiants. Cette expérience d'un spécialiste à la fois en matériaux et en tribologie est le plus souvent virtuelle. En effet, une grande partie des défaillances techniques s'amorce à la surface de contact des matériaux en mouvement relatif ; de ce fait, le comportement tribologique des matériaux et les performances des lubrifiants ou des revêtements dans un contact glissant ou roulant déterminent à terme la qualité de la conception initiale. Les ingénieurs ont donc besoin d'un accès rapide aux connaissances expérimentales en tribologie les plus récentes.
Chaque année, plusieurs dizaines de milliers de résultats tribologiques sont obtenus et publiés, mais deux problèmes importants se posent :
-
leur accès reste encore difficile, onéreux et nécessite beaucoup de temps ;
-
comment tirer le meilleur parti de ces données pendant la conception d'un produit, d'une machine ou l'utilisation d'un matériau ?
En effet, le plus souvent ce grand capital tribologique reste éparpillé dans une multitude de laboratoires industriels ou universitaires. Par ailleurs, la diversité des procédures expérimentales utilisées et des modes d'interprétation rend difficile, voire impossible, une comparaison des résultats obtenus par les équipes de tribologues. En outre, les élaborateurs de matériaux, les pétroliers et les utilisateurs parlent des langages différents et ont des intérêts et des objectifs différents. En conséquence, le lecteur n'est souvent pas à même d'apprécier si les résultats et propriétés tribologiques annoncés pour un couple de matériaux frottants à sec ou un lubrifiant dans un contact donné peuvent l'aider à résoudre son problème spécifique.
L'objectif de ce texte est double :
-
décrire comment doit être organisée une base de données tribologiques ;
-
illustrer à l'aide d'exemples l'utilisation d'une telle base pour concevoir un tribosystème.
La conception d'un tribosystème présuppose l'organisation d'une base de données tribologiques, puis son utilisation pour prévoir le comportement du tribosystème étudié. Il faut noter que cette utilisation, comme la conception d'une base de données, repose sur une analyse théorique préalable de ce qu'est un tribosystème :
-
pour identifier les paramètres clefs du système ;
-
pour fixer des procédures d'essais ;
-
pour créer des thesaurus aptes à stocker les résultats de tous les essais ou produits.
Notons que les situations de contact frottant sont très variées :
-
sur le plan cinématique (glissement continu, alternatif avec des amplitudes très variables, roulement avec glissement) ;
-
sur le plan des régimes de lubrification (lubrification mixte/limite, à sec et hydrodynamique).
Les informations que doit fournir une banque de données ou la littérature sont principalement de deux types :
-
coefficient de frottement ;
-
vitesses d'usure estimées des pièces.
Ces informations peuvent seulement servir à l'ingénieur et à l'utilisateur pour évaluer a priori le fonctionnement en service du tribosystème et des matériaux identifiés, mais elles ne suppriment pas les essais sur organes mécaniques avant la mise en œuvre d'une solution tribologique.
Cinq exemples présentent la procédure pour estimer le taux d'usure.
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2004 par Mathias WOYDT
- Version courante de mars 2024 par Mathias WOYDT
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Archives > [Archives] Tribologie > Application des données tribologiques des matériaux > Données et paramètres tribologiques
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2. Données et paramètres tribologiques
L'usure est perçue différemment, mais a été définie par le groupe de travail OCDE “Wear of Engineering Materials” [5] :
“The progressive loss of substance from the operating surface of a body occurring as a result of relative motion at the surface.”
(1) L'usure a en général un effet néfaste, mais possède un effet bénéfique sous sa forme douce, telle que l'auto-rodage.
(2) Une surface peut devenir inutilisable du fait d'une forte déformation plastique. Une déformation plastique des micro-aspérités se produit toujours.
(3) En anglais, le terme général « usure » inclut des effets mécaniques, chimiques et thermiques. La distinction allemande entre Abnutzung = usure plus corrosion et Verschleiß = usure n'existe pas en anglais.
(4) En allemand, on distingue un tribosystème ouvert d'un tribosystème fermé. Dans ce dernier cas, les deux surfaces interagissent régulièrement (segment/cylindre ; coussinet/vilebrequin). Dans un tribosystème ouvert, un corps uniquement reste en contact et l'antagoniste (second corps) entre en contact seulement une fois (outil/pièce) !
Alors que dans la communauté scientifique le terme « usure » se comprend plutôt comme la compréhension scientifique, dans l'industrie, le terme « usure normale » est utilisé et revêt la définition suivante : « Pertes de matériaux dans les limites des tolérances compatibles avec l'usage attendu . »
D'autres définitions se trouvent dans les normes ASTM G40 et D4175 :
“In general, wear is defined as an irreversible loss of materials, thus excluding adhesive wear. If adhesive wear (galling) is the major concern, a wear volume can't be applied, because adhesive wear (or galling) has stochastic and/or spontaneous occurrences.”
La directive nationale du VDI 3822 « Analyses de défaillances-Défaillances causées par des conditions d'utilisations tribologiques »,...
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Données et paramètres tribologiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RUMBLE (J.), SIBLEY (L.) - Towards a Tribology Information System - . NBS Special Publication 737, déc. 1987.
-
(2) - BERTHIER (Y.), DUBOURG (M.C.), GODET (M.), VINCENT (L.) - Wear data: what can be made of it? simulation tuning. Wear Particles: From the Cradle to the Grave - . Tribology Series 21, editors: D. Dowson et al., Elsevier, p. 161-171 (1992).
-
(3) - WOYDT (M.) - Les bases de données tribologiques - . Matériaux & Techniques, No 3-4 (2002). ou [http://www.bam.de/tribocollect.htm]
-
(4) - ERLEBACH (R.), WOYDT (M.) - TRIDAS-Relational Database System for Tribological Test Data - . Proc. 13th Int. Colloquium Tribology « Lubricants, Materials and Lubrication Engineering », Vol. II, Ostfildern, ISBN 2-924813-48-5, Vol. I, p. 399-408, 15-17 janvier 2002.
-
(5) - Glossary of terms and definitions in the field of friction, wear and lubrication, part I - . OECD, Paris 1969.
-
...
ANNEXES
Tribocollect Base de donnée (2002) http://www.bam.de/tribocollect.htm
TRIBO « Tribology Index » http://www.stn-international.com
Web of Knowledge plateforme de recherche de données scientifiques http://www.webofknowledge.com
Scopus plateforme de recherche de données scientifiques http://www.scopus.com
HAUT DE PAGE
ASTM G40 – Standard Terminology Relating to Wear and Erosion (terminology compilation). – http://www.astm.org ; (à lire aussi la ASTM D4175)
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