Aspects mécaniques et thermiques du contact
383
Lorsque la température du contact augmente, on observe plusieurs effets:
• Les propriétés mécaniques des matériaux évoluent: ductilité et écrouissage
par exemple pour les métaux à structure cubique à face centrée, transition
fragile/ductile pour les métaux à structure cubique centrée. Ces évolutions
conduisent à des variations des facteurs de frottement.
• La réactivité physico-chimique des matériaux se modifie: les films réactifs
voient leur action s’amplifier, ce qui peut largement faire évoluer le frottement.
• Des transformations superficielles et structurales peuvent apparaître. C’est
ainsi que les métaux à structure hexagonale dont le frottement varie peu avec
la température, montrent une transition très nette dans leur comportement
lors du passage de leur point de transformation allotropique. C’est le cas du
cobalt qui, au-dessous de son point de transformation (411˚C), est hexagonal
avec une ductilité et un frottement faibles (µ d ≈ 0,3-0,4) et devient cubique à
face centrée au-dessus de cette température avec le frottement élevé associé
à cette structure.
Pour la plupart des métaux, on peut observer une température critique située
entre 0,3 et 0,4 T F au-dessus de laquelle les phénomènes de diffusion et de fluage
deviennent très actifs. L’adhésion augmente, la ductilité des aspérités accroît l’aire
de contact conduisant à une évolution importante des forces de frottement. Celles-ci
sont limitées par la décroissance de la résistance mécanique des liaisons, faisant
intervenir des forces visqueuses lorsque l’on approche de la température de fusion.
23.4.3 Frottement des céramiques
Les céramiques techniques sont une classe de matériaux qui inclut une grande
variété de composés réfractaires inorganiques qui sont pour la plupart mis en œuvre
par frittage ou compression isostatique à chaud. Il en résulte des matériaux ayant
une grande dureté, une bonne résistance chimique et dans certaines situations une
plus grande résistance à l’usure que les métaux. Les céramiques sont aussi utilisées
sous forme de revêtements par déposition thermique, dépôts généralement épais, ou
en phase gazeuse sous forme de revêtements minces (voir TM vol. 16).
Les principales applications des céramiques pour des composants tribologiques sont:
• paliers et joints pour pompes fonctionnant dans des fluides contenant des
abrasifs, ou utilisant des métaux liquides,
• paliers et joints de moteurs fusée,
• paliers de barres de contrôle de réacteurs,
• composants pour turbines à gaz,
• revêtements ou valves de moteurs diesels, poussoirs d’arbres à cames,
• outils de forage, ou outils de coupe à grande vitesse,
• billes de roulements à contacts obliques pour grandes vitesses de rotation.
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Lorsque la température du contact augmente, on observe plusieurs effets:
• Les propriétés mécaniques des matériaux évoluent: ductilité et écrouissage
par exemple pour les métaux à structure cubique à face centrée, transition
fragile/ductile pour les métaux à structure cubique centrée. Ces évolutions
conduisent à des variations des facteurs de frottement.
• La réactivité physico-chimique des matériaux se modifie: les films réactifs
voient leur action s’amplifier, ce qui peut largement faire évoluer le frottement.
• Des transformations superficielles et structurales peuvent apparaître. C’est
ainsi que les métaux à structure hexagonale dont le frottement varie peu avec
la température, montrent une transition très nette dans leur comportement
lors du passage de leur point de transformation allotropique. C’est le cas du
cobalt qui, au-dessous de son point de transformation (411˚C), est hexagonal
avec une ductilité et un frottement faibles (µ d ≈ 0,3-0,4) et devient cubique à
face centrée au-dessus de cette température avec le frottement élevé associé
à cette structure.
Pour la plupart des métaux, on peut observer une température critique située
entre 0,3 et 0,4 T F au-dessus de laquelle les phénomènes de diffusion et de fluage
deviennent très actifs. L’adhésion augmente, la ductilité des aspérités accroît l’aire
de contact conduisant à une évolution importante des forces de frottement. Celles-ci
sont limitées par la décroissance de la résistance mécanique des liaisons, faisant
intervenir des forces visqueuses lorsque l’on approche de la température de fusion.
23.4.3 Frottement des céramiques
Les céramiques techniques sont une classe de matériaux qui inclut une grande
variété de composés réfractaires inorganiques qui sont pour la plupart mis en œuvre
par frittage ou compression isostatique à chaud. Il en résulte des matériaux ayant
une grande dureté, une bonne résistance chimique et dans certaines situations une
plus grande résistance à l’usure que les métaux. Les céramiques sont aussi utilisées
sous forme de revêtements par déposition thermique, dépôts généralement épais, ou
en phase gazeuse sous forme de revêtements minces (voir TM vol. 16).
Les principales applications des céramiques pour des composants tribologiques sont:
• paliers et joints pour pompes fonctionnant dans des fluides contenant des
abrasifs, ou utilisant des métaux liquides,
• paliers et joints de moteurs fusée,
• paliers de barres de contrôle de réacteurs,
• composants pour turbines à gaz,
• revêtements ou valves de moteurs diesels, poussoirs d’arbres à cames,
• outils de forage, ou outils de coupe à grande vitesse,
• billes de roulements à contacts obliques pour grandes vitesses de rotation.