Matériaux de friction
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Dans le cas de charges élevées ou de chocs, il importe de prendre en compte la
ténacité des matériaux. D’après ZUM G AHR [24.10], la résistance à l’usure abrasive
des matériaux décroît lorsque la ténacité devient inférieure à 12 MPa · m 1/2 du fait
de la sensibilité à la fracturation hertzienne des matériaux à faible ténacité. Les
aciers inoxydables austénitiques au manganèse sont couramment utilisés pour
résister à l’abrasion avec choc. Leur ténacité et leur aptitude à s’écrouir sont leurs
principaux atouts. Leur dureté peut croître de 200 à 600 H V lors des chargements en
service.
Les paramètres orientant le choix des matériaux en vue d’une bonne résistance
à l’érosion sont l’angle d’impact des particules par rapport à la surface, la vitesse et
la morphologie des particules, et la nature du fluide qui les propulse. Ainsi, suivant
le cas, deux approches peuvent être menées pour lutter contre l’abrasion érosive:
l’une consiste à utiliser des matériaux durs faiblement résilients qui résisteront aux
effets de coupe, l’autre consiste à prendre des matériaux de faible dureté qui absorberont l’énergie d’impact (tab. 25.3).
25.5 MATÉRIAUX RÉSISTANT À LA DÉFORMATION
ET À LA FATIGUE DE CONTACT
La résistance aux contraintes d’un contact doit être envisagée sous deux
aspects.
Le premier consiste à donner aux matériaux constituant ce contact, des propriétés mécaniques suffisantes pour que les zones soumises aux contraintes ne
subissent que des déformations élastiques ou élastoplastiques. Cela se traduira en
particulier par un niveau de dureté suffisant ( HB ≥ 6 τ par exemple si l’on applique
le critère de Tresca) dans toute la zone soumise aux contraintes. Les calculs hertziens permettront d’évaluer les épaisseurs de traitements ou revêtements de surface
nécessaires pour atteindre cet objectif.
Le deuxième aspect prend en compte les aspects fatigue de contact et endurance. L’obtention d’une résistance à la fatigue superficielle convenable passe
d’abord par la limitation du niveau des contraintes superficielles et la suppression des
concentrations de contraintes, c’est-à-dire en pratiquant un étalement des contraintes,
améliorant l’état de surface microgéométrique, limitant les glissements. Ceci implique donc la prise en compte de cette fonction dès la conception du système.
En ce qui concerne les matériaux, la première règle consiste à assurer aux couches superficielles sollicitées une dureté et une limite d’endurance suffisantes. Ceci
passe par un affinement du grain et une réduction de la taille des inclusions généralement sources de concentrations internes de contraintes. On obtient ainsi un
accroissement appréciable des performances qui déplace vers le haut la droite critique dans les diagrammes cission – contrainte hydrostatique (fig. 24.13).
Une autre possibilité très souvent mise en œuvre consiste à introduire des
contraintes superficielles de compression qui en se superposant aux contraintes de
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Dans le cas de charges élevées ou de chocs, il importe de prendre en compte la
ténacité des matériaux. D’après ZUM G AHR [24.10], la résistance à l’usure abrasive
des matériaux décroît lorsque la ténacité devient inférieure à 12 MPa · m 1/2 du fait
de la sensibilité à la fracturation hertzienne des matériaux à faible ténacité. Les
aciers inoxydables austénitiques au manganèse sont couramment utilisés pour
résister à l’abrasion avec choc. Leur ténacité et leur aptitude à s’écrouir sont leurs
principaux atouts. Leur dureté peut croître de 200 à 600 H V lors des chargements en
service.
Les paramètres orientant le choix des matériaux en vue d’une bonne résistance
à l’érosion sont l’angle d’impact des particules par rapport à la surface, la vitesse et
la morphologie des particules, et la nature du fluide qui les propulse. Ainsi, suivant
le cas, deux approches peuvent être menées pour lutter contre l’abrasion érosive:
l’une consiste à utiliser des matériaux durs faiblement résilients qui résisteront aux
effets de coupe, l’autre consiste à prendre des matériaux de faible dureté qui absorberont l’énergie d’impact (tab. 25.3).
25.5 MATÉRIAUX RÉSISTANT À LA DÉFORMATION
ET À LA FATIGUE DE CONTACT
La résistance aux contraintes d’un contact doit être envisagée sous deux
aspects.
Le premier consiste à donner aux matériaux constituant ce contact, des propriétés mécaniques suffisantes pour que les zones soumises aux contraintes ne
subissent que des déformations élastiques ou élastoplastiques. Cela se traduira en
particulier par un niveau de dureté suffisant ( HB ≥ 6 τ par exemple si l’on applique
le critère de Tresca) dans toute la zone soumise aux contraintes. Les calculs hertziens permettront d’évaluer les épaisseurs de traitements ou revêtements de surface
nécessaires pour atteindre cet objectif.
Le deuxième aspect prend en compte les aspects fatigue de contact et endurance. L’obtention d’une résistance à la fatigue superficielle convenable passe
d’abord par la limitation du niveau des contraintes superficielles et la suppression des
concentrations de contraintes, c’est-à-dire en pratiquant un étalement des contraintes,
améliorant l’état de surface microgéométrique, limitant les glissements. Ceci implique donc la prise en compte de cette fonction dès la conception du système.
En ce qui concerne les matériaux, la première règle consiste à assurer aux couches superficielles sollicitées une dureté et une limite d’endurance suffisantes. Ceci
passe par un affinement du grain et une réduction de la taille des inclusions généralement sources de concentrations internes de contraintes. On obtient ainsi un
accroissement appréciable des performances qui déplace vers le haut la droite critique dans les diagrammes cission – contrainte hydrostatique (fig. 24.13).
Une autre possibilité très souvent mise en œuvre consiste à introduire des
contraintes superficielles de compression qui en se superposant aux contraintes de