Usure
401
L’étude du comportement de nombreux éléments au cours d’essais d’adhérence a mis en évidence, d’une part un abaissement du coefficient d’adhérence lorsque la température de fusion croît, d’autre part un regroupement des matériaux suivant leur réseau cristallin. Il a aussi été montré qu’il existait une température
critique d’adhérence au-dessus de laquelle l’adhésion croît rapidement. Compte
tenu de l’importance de l’énergie développée au cours du glissement et du faible
volume de matière mis en jeu, la température critique d’adhésion peut être atteinte
dans les zones superficielles proches des points de contact. On peut alors observer
des adhérences locales entre les surfaces en contact et la formation de liaisons. La
notion de température critique ne doit donc pas se limiter à la température volumique moyenne, mais à celle atteinte ponctuellement aux points de contact.
Ces observations permettent de tirer les conclusions suivantes, utiles pour
orienter le choix des matériaux dans les applications à haute température:
• L’adhésion d’un métal sur lui-même devient conséquente à partir de 0,3 à
0,4 T F .
• L’adhésion entre métaux différents se produit entre 0,35 et 0,5 fois la température de fusion du métal à plus bas point de fusion.
• Les oxydes ont une température critique d’adhésion supérieure à celle des
métaux: 0,45 T F < T a < 0,65 T F .
• Les couples oxyde/métal adhèrent à une température intermédiaire entre
celle des couples oxyde/oxyde et celle des couples métal/métal: 0,4 T F <
T a < 0,65 T F .
24.3.7 Influence de la nature et de la structure des matériaux
Les principaux facteurs sont ceux concernant la solubilité, la structure cristalline, et le comportement à la déformation.
Des études concernant les corrélations entre les avaries superficielles et la solubilité ont montré que les meilleurs couples de frottement sont ceux formés de
métaux insolubles ou qui donnent naissance à des composés intermétalliques à
caractère chimique. On les appelle couples compatibles tribologiquement, la figure
24.6 proposé par R ABINOWICZ [24.5] en donne quelques exemples.
Si la compatiblité tribologique des métaux purs a fait l’objet de nombreuses
études, celle des alliages est moins connue. On admet en général que les alliages
suivent le comportement de leur constituant principal, tant que les éléments d’addition n’atteignent pas des teneurs trop élevées. Il ne s’agit là que d’une approximation car certains éléments très actifs peuvent largement modifier le comportement
même à des teneurs relativement faibles (ex: étain ou silicium dans l’aluminium,
phosphore dans le nickel).
Dans le cas du frottement à haute température, on observe souvent des anomalies dans le comportement des matériaux. C’est ainsi qu’aux températures voisines
du début de recristallisation ou de transformation allotropiques, la susceptibilité
des métaux au grippage et à l’adhésion croît considérablement. Ces résultats sont
401
L’étude du comportement de nombreux éléments au cours d’essais d’adhérence a mis en évidence, d’une part un abaissement du coefficient d’adhérence lorsque la température de fusion croît, d’autre part un regroupement des matériaux suivant leur réseau cristallin. Il a aussi été montré qu’il existait une température
critique d’adhérence au-dessus de laquelle l’adhésion croît rapidement. Compte
tenu de l’importance de l’énergie développée au cours du glissement et du faible
volume de matière mis en jeu, la température critique d’adhésion peut être atteinte
dans les zones superficielles proches des points de contact. On peut alors observer
des adhérences locales entre les surfaces en contact et la formation de liaisons. La
notion de température critique ne doit donc pas se limiter à la température volumique moyenne, mais à celle atteinte ponctuellement aux points de contact.
Ces observations permettent de tirer les conclusions suivantes, utiles pour
orienter le choix des matériaux dans les applications à haute température:
• L’adhésion d’un métal sur lui-même devient conséquente à partir de 0,3 à
0,4 T F .
• L’adhésion entre métaux différents se produit entre 0,35 et 0,5 fois la température de fusion du métal à plus bas point de fusion.
• Les oxydes ont une température critique d’adhésion supérieure à celle des
métaux: 0,45 T F < T a < 0,65 T F .
• Les couples oxyde/métal adhèrent à une température intermédiaire entre
celle des couples oxyde/oxyde et celle des couples métal/métal: 0,4 T F <
T a < 0,65 T F .
24.3.7 Influence de la nature et de la structure des matériaux
Les principaux facteurs sont ceux concernant la solubilité, la structure cristalline, et le comportement à la déformation.
Des études concernant les corrélations entre les avaries superficielles et la solubilité ont montré que les meilleurs couples de frottement sont ceux formés de
métaux insolubles ou qui donnent naissance à des composés intermétalliques à
caractère chimique. On les appelle couples compatibles tribologiquement, la figure
24.6 proposé par R ABINOWICZ [24.5] en donne quelques exemples.
Si la compatiblité tribologique des métaux purs a fait l’objet de nombreuses
études, celle des alliages est moins connue. On admet en général que les alliages
suivent le comportement de leur constituant principal, tant que les éléments d’addition n’atteignent pas des teneurs trop élevées. Il ne s’agit là que d’une approximation car certains éléments très actifs peuvent largement modifier le comportement
même à des teneurs relativement faibles (ex: étain ou silicium dans l’aluminium,
phosphore dans le nickel).
Dans le cas du frottement à haute température, on observe souvent des anomalies dans le comportement des matériaux. C’est ainsi qu’aux températures voisines
du début de recristallisation ou de transformation allotropiques, la susceptibilité
des métaux au grippage et à l’adhésion croît considérablement. Ces résultats sont