IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE DU BLOC SUR LA BAGUE

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le testeur mécanique de Nanovea mesure l'YS et l'UTS d'échantillons d'acier inoxydable SS304 et d'alliage métallique d'aluminium Al6061. Les échantillons ont été choisis pour leurs valeurs YS et UTS communément reconnues, montrant la fiabilité des méthodes d'indentation de Nanovea.

Le comportement à l'usure par glissement d'un bloc H-30 sur un anneau S-10 a été évalué par le tribomètre de Nanovea utilisant le module Block-on-Ring. Le bloc H-30 est fabriqué en acier à outils 01 d'une dureté de 30HRC, tandis que l'anneau S-10 est en acier de type 4620 d'une dureté de surface de 58 à 63 HRC et d'un diamètre d'anneau d'environ 34,98 mm. Des tests Block-on-Ring ont été effectués dans des environnements secs et lubrifiés pour étudier l'effet sur le comportement à l'usure. Des tests de lubrification ont été effectués avec de l'huile minérale lourde USP. La trace d'usure a été examinée à l'aide du système Nanovea Profilomètre 3D sans contact. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure (K) a été évalué à l'aide de la formule K = V/(F × s), où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La figure 2 compare le coefficient de frottement (COF) des tests Block-on-Ring dans des environnements secs et lubrifiés. Le bloc présente nettement plus de friction dans un environnement sec que dans un environnement lubrifié. COF
fluctue pendant la période de rodage au cours des 50 premiers tours et atteint un COF constant d'environ 0,8 pour le reste de l'essai d'usure de 200 tours. En comparaison, le test Block-on-Ring effectué dans le cadre de la lubrification à l'huile minérale lourde USP présente un faible COF constant de 0,09 tout au long du test d'usure de 500 000 tours. Le lubrifiant réduit considérablement le COF entre les surfaces d'environ 90 fois.

Les figures 3 et 4 montrent les images optiques et les profils 2D en coupe transversale des traces d'usure sur les blocs après les essais d'usure à sec et lubrifiés. Les volumes des traces d'usure et les taux d'usure sont indiqués dans le tableau 2. Le bloc d'acier après l'essai d'usure à sec à une vitesse de rotation inférieure de 72 tr/min pendant 200 tours présente un grand volume de cicatrices d'usure de 9,45 mm˙. En comparaison, l'essai d'usure réalisé à une vitesse plus élevée de 197 rpm pour 500 000 révolutions dans le lubrifiant à base d'huile minérale crée un volume de traces d'usure sensiblement plus petit de 0,03 mm˙.

Les images de la ÿgure 3 montrent qu'une usure sévère a lieu pendant les tests dans les conditions sèches par rapport à l'usure légère du test d'usure lubrifié. La chaleur élevée et les vibrations intenses générées pendant le test d'usure à sec favorisent l'oxydation des débris métalliques, ce qui entraîne une abrasion sévère des trois corps. Dans l'essai lubrifié, l'huile minérale réduit la friction et refroidit la face de contact tout en transportant les débris abrasifs créés par l'usure. Cela conduit à une réduction signiÿcative du taux d'usure par un facteur de ~8×10ˆ. Une telle di˛erence substantielle dans la résistance à l'usure dans des environnements di˛erents montre l'importance d'une simulation appropriée de l'usure par glissement dans des conditions de service réalistes.

Le comportement de l'usure peut changer radicalement lorsque de petits changements sont introduits dans les conditions d'essai. La polyvalence du tribomètre de Nanovea permet de mesurer l'usure dans des conditions de haute température, de lubrification et de tribocorrosion. Le contrôle précis de la vitesse et de la position par le moteur avancé permet d'effectuer des tests d'usure à des vitesses allant de 0,001 à 5000 tr/min, ce qui en fait un outil idéal pour les laboratoires de recherche/essai pour étudier l'usure dans des conditions tribologiques di˛erentes.

L'état de surface des échantillons a été examiné par le proÿlomètre optique sans contact de Nanovea. La figure 5 montre la morphologie de la surface des anneaux après les tests d'usure. La forme cylindrique est enlevée pour mieux présenter la morphologie de la surface et la rugosité créée par le processus d'usure par glissement. Une rugosité de surface significative a eu lieu en raison du processus d'abrasion à trois corps pendant l'essai d'usure à sec de 200 tours. Le bloc et la bague après l'essai d'usure à sec présentent une rugosité Ra de 14,1 et 18,1 µm, respectivement, contre 5,7 et 9,1 µm pour l'essai d'usure lubrifié à long terme de 500 000 tours à une vitesse plus élevée. Ce test démontre l'importance d'une lubrification correcte du contact entre le piston et le cylindre. Une usure importante endommage rapidement la surface de contact sans lubrification et entraîne une détérioration irréversible de la qualité de service, voire la casse du moteur.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous montrons comment le tribomètre de Nanovea est utilisé pour évaluer le comportement à l'usure par glissement d'un couple acier-métal à l'aide du module Block-on-Ring conforme à la norme ASTM G77. Le lubrifiant joue un rôle essentiel dans les propriétés d’usure du couple de matériaux. L'huile minérale réduit le taux d'usure du bloc H-30 d'un facteur d'environ 8 × 10 et le COF d'environ 90 fois. La polyvalence du tribomètre de Nanovea en fait un outil idéal pour mesurer le comportement à l'usure dans diverses conditions de lubrification, de température élevée et de tribocorrosion.

Le tribomètre de Nanovea propose des tests d'usure et de friction précis et reproductibles en utilisant les modes rotatif et linéaire conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs.