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RÉSUMÉ
En cours de fonctionnement, les surfaces des composants mécaniques sont soumises à des sollicitations de type mécanique, thermique et physicochimique. Pour les composants à fonctions tribologiques, à ces sollicitations s'ajoutent celles générées par les actions de contact, ce qui impose alors des propriétés des couches superficielles supérieures à celles requises pour les matériaux en volume. Les traitements et les revêtements de surface, choisis en fonction des risques majeurs d’endommagement (abrasion, adhésion, érosion…), peuvent apporter aux surfaces une résistance mécanique ou physico-chimique adaptée, sans nécessité à cœur de matériaux onéreux. De nos jours, les avancées technologiques permettent d’offrir un grand choix de possibilités de traitements et de revêtements de surface à usage tribologique.
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René GRAS : Professeur Emérite SUPMECA
INTRODUCTION
En cours de fonctionnement, les surfaces des composants mécaniques sont soumises à des sollicitations de type mécanique, thermiques et/ou physicochimique.
Les efforts mécaniques se traduisent par des contraintes qui deviennent maximales près des surfaces ; c'est le cas en sollicitations de flexion ou de torsion. De plus, les irrégularités de surface, forme et rugosité, peuvent entraîner des concentrations de contraintes qui induisent des zones de fragilité supplémentaires.
Les sollicitations thermiques peuvent avoir pour origine l'environnement général ou la chaleur générée par le frottement dans le contact.
Les sollicitations physicochimiques sont le fait des agressions environnementales du milieu extérieur pouvant se traduire par des phénomènes de corrosion ou d'oxydation ou dans certaines circonstances par des phénomènes de fragilisation.
Pour les composants à fonctions tribologiques, à ces sollicitations s'ajoutent celles générées par les actions de contact et qui peuvent être d'origines mécaniques, thermiques, électriques et physicochimiques.
Il importe donc que les propriétés des couches superficielles soient supérieures à celles requises pour les matériaux en volume. Réaliser des propriétés de haut niveau sur tout le volume des composants, exigerait, en effet, des matériaux d'un coût trop élevé et de mise en œuvre difficile ou pourrait même entraîner des inconvénients tels qu'une fragilisation ou un manque de souplesse du composant.
Ces difficultés peuvent être résolues par les traitements ou revêtements des surfaces qui permettent de donner aux surfaces des propriétés leur assurant une résistance satisfaisante aux différents types de sollicitation qu'elles subissent, tout en gardant à cœur des matériaux aux propriétés moins élevées, moins onéreux ou de mise en œuvre plus facile.
Les traitements et revêtements de surfaces ont fait l'objet, au cours des dernières décennies, de développements et modifications qui ont permis d'offrir un choix important de possibilités pour améliorer les propriétés mécaniques des composants, leurs propriétés de résistance aux agressions physicochimiques, ou leurs propriétés pour remplir des fonctions tribologiques. On se propose dans ce dossier de regrouper des éléments permettant de réaliser ce dernier point.
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Choix d'un traitement ou d'un revêtement de surface
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2. Propriétés des surfaces
Le choix d'un traitement ou d'un revêtement de surface doit être orienté prioritairement par les aspects fonctionnels issus de l'analyse des systèmes.
La première préoccupation consiste à ce que le contact soit capable de supporter les efforts mécaniques qui lui sont imposés. Cette préoccupation repose, pour une grande part, sur la cohésion et les propriétés mécaniques des couches superficielles que l'on peut caractériser par leur dureté.
Il s'agit donc de déterminer la dureté minimale de ces couches et l'épaisseur minimale à traiter pour éviter des déformations élastiques trop importantes et en tout état de cause limiter au maximum les déformations plastiques qui entraînent d'une part une perte de forme du composant, donc généralement sa mise hors service et, d'autre part, accroissent notablement le risque d'usure adhésive intense en favorisant les liaisons par déplacement des atomes le long des courts-circuits de diffusion que constituent les dislocations.
Dans le cas des contacts concentrés de type hertzien, les champs de contraintes sont relativement bien connus et l'on peut s'appuyer sur les résultats issus de ces modèles. Deux cas principaux sont à considérer.
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Matériaux à comportement ductile et contacts sous force normale ou avec une faible incidence, (facteur de frottement faible,
)
La cission générée par les contraintes est maximale à une certaine profondeur dans la matière (figure 5 a ). La dureté Brinell dans la zone située au-dessus de z 1 doit être largement supérieure aux contraintes appliquées : HB > τ Max . Si l'on s'appuie sur le critère de Tresca, la dureté minimale, exprimée en MPa, doit être supérieure à 3 fois la pression moyenne de contact ou 6 fois la cission maximale atteinte en sous-couche (figure 5 b ). La profondeur de cette zone peut se fixer à partir de la courbe représentant la dureté en fonction de la profondeur en s'assurant que celle-ci est suffisante pour contenir la zone de cission...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PIEUCHOT (A.), BLOUET (J.), GRAS (R.), COURTEL (R.) - * - Méc. Mat. Élec. Gami, Paris, oct. 1964.
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(2) - CAUBET (J.J.) - Théorie et pratique industrielle du frottement. - Dunod-Technip, Paris (1964).
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(3) - RABINOWICZ (E.) - * - J. Inst. Met., 95 (1967).
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(5) - FINNIE (I.) - Some observations on the erosion of ductile metals. - Wear 19, p. 81-90, janv. 1972.
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(6) - ZUM GAHR (K.L.) - Microstructure and wear of materials. - Tribology Series 10, Elsevier (1987).
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(7) - LANSDOWN...
NORMES
-
Définition des épaisseurs de traitements de surfaces. - NF EN ISO 2064 -
-
Mesures des épaisseurs de traitements et revêtements de surfaces. - NF EN ISO 1463 -
-
Contrôle de l'adhérence des dépôts. - NF EN ISO 2819 -
-
Ductilité des revêtements. - NF EN ISO 8401 -
-
Essais de corosion. - NF EN ISO 9212 -
-
Projection thermique : mesure de l'adhérence par essais de traction. - NF EN ISO 14916 -
-
Méthode normalisée de mesure de la porosité des revêtements obtenus par projection thermique. - NF EN ISO 26946 -
-
Évaluation des propriétés d'adhésivité/cohésion de plasma pulvérisé sur des revêtements métalliques et inorganiques. - NF...
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