CHAPITRE 3 - TRIBOLOGIE : FROTTEMENT ET USURE DES SURFACES
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Cette théorie induit deux remarques :
les forces d’adhérence doivent augmenter en fonction du temps car, lorsqu’on
est en régime de frottement dynamique, ces forces n’ont pas le temps de s’établir ;
la prise en compte des aspérités fait intervenir une notion d’aire u réelle B des
contacts des matériaux A,, petite devant l’aire apparente, A,, et qui augmente
avec la charge en suivant les lois de l’élasticité et de la déformation plastique.
Pour cisailler les adhérences, il faut exercer une force :
F , = A,T
(3.7)
la contrainte de cisaillement, z, est constante pour tout le matériau.
L’aire de contact << réelle >> est liée à la charge par :
N = P,A,
(3.8)
P, est la pression moyenne dans le contact, limitée par la déformation plastique,
d’où :
(3.9)
Le modèle de Bowden et Taylor apporte une ouverture sur le rôle de la surface de
contact (rugosité) et son évolution avec la charge (déformation élastoplastique)
ainsi que sur la notion d‘adhérence (forces d’adhérence, rôle de l’état physicochimique de la surface).
Le rôle de la rugosité et celui de sa distribution ont été pris en compte par
Archard[l3) et par Greenwood et Williamson(*). En particulier, ces derniers
auteurs ont utilisé des modèles simples de rugosité : hauteurs des aspérités distribuées selon une loi exponentielle ou selon une loi gaussienne d‘écart type O,
sommets des aspérités sphériques de même rayon p. On trouve que l’aire totale
de contact est proportionnelle à la force d’appui (en augmentant la pression on
augmente proportionnellement le nombre des points de contact (spots) dont
l’aire moyenne reste constante.
Dans le cas de la distribution gaussienne, Greenwood et Williamson ont
introduit un indice de plasticité, ty, qui indique sous quelles conditions les aspérités commencent à se déformer plastiquement* :
(3.10)
où H est la dureté ; la première parenthèse décrit les propriétés du solide déformable, la deuxième contient les paramètres de la rugosité utilisés dans le modèle.
(13) Archard J.F., Elastic deformation and the laws of friction, Proc. Roy. Soc. A 243
(1957) 190-205.
* Dans cette expression, on considère que la surface étudiée est en contact avec une surface beaucoup plus rigide, sinon il faut utiliser le module composite E’.
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Cette théorie induit deux remarques :
les forces d’adhérence doivent augmenter en fonction du temps car, lorsqu’on
est en régime de frottement dynamique, ces forces n’ont pas le temps de s’établir ;
la prise en compte des aspérités fait intervenir une notion d’aire u réelle B des
contacts des matériaux A,, petite devant l’aire apparente, A,, et qui augmente
avec la charge en suivant les lois de l’élasticité et de la déformation plastique.
Pour cisailler les adhérences, il faut exercer une force :
F , = A,T
(3.7)
la contrainte de cisaillement, z, est constante pour tout le matériau.
L’aire de contact << réelle >> est liée à la charge par :
N = P,A,
(3.8)
P, est la pression moyenne dans le contact, limitée par la déformation plastique,
d’où :
(3.9)
Le modèle de Bowden et Taylor apporte une ouverture sur le rôle de la surface de
contact (rugosité) et son évolution avec la charge (déformation élastoplastique)
ainsi que sur la notion d‘adhérence (forces d’adhérence, rôle de l’état physicochimique de la surface).
Le rôle de la rugosité et celui de sa distribution ont été pris en compte par
Archard[l3) et par Greenwood et Williamson(*). En particulier, ces derniers
auteurs ont utilisé des modèles simples de rugosité : hauteurs des aspérités distribuées selon une loi exponentielle ou selon une loi gaussienne d‘écart type O,
sommets des aspérités sphériques de même rayon p. On trouve que l’aire totale
de contact est proportionnelle à la force d’appui (en augmentant la pression on
augmente proportionnellement le nombre des points de contact (spots) dont
l’aire moyenne reste constante.
Dans le cas de la distribution gaussienne, Greenwood et Williamson ont
introduit un indice de plasticité, ty, qui indique sous quelles conditions les aspérités commencent à se déformer plastiquement* :
(3.10)
où H est la dureté ; la première parenthèse décrit les propriétés du solide déformable, la deuxième contient les paramètres de la rugosité utilisés dans le modèle.
(13) Archard J.F., Elastic deformation and the laws of friction, Proc. Roy. Soc. A 243
(1957) 190-205.
* Dans cette expression, on considère que la surface étudiée est en contact avec une surface beaucoup plus rigide, sinon il faut utiliser le module composite E’.