Etude tribologique d'un couple métal-métal par un système pion-disque à circuit ouvert

Abstract

Dans l'ensemble des secteurs industriels concernés par 1'usue, plus de deux tiers des problèmes rencontrés relèvent de la mécanique (dans ce domaine, 30 % des avaries sont imputables à l'usure). Liée aux déplacements de deux corps l'un par rapport à l'autre, l'usure se rencontre plus particulièrement sur toutes les machines dont les fonctions utilisent les actions de contact : transmission des forces ou mouvements entre les différentes parties constitutives, guidages en rotation ou translation, assemblages, étanchéités. L'usure est un phénomène évolutif et irréversible néfaste à plusieurs égards en l'occurrence : évolutions dimensionnelles, géométriques des pièces, dégradations des surfaces... La maitrise et la compréhension du phénomène d'usure nécessite une étude approfondie des effets gouvernant le processus tribologique ainsi que l'analyse et l'exploitation des phénomènes qui trouvent naissance à l'interface de contact. Ceci, ne peut se faire qu'avec des expérimentations spécifiques à chaque nuance permettant d'enregistrer, si possible en continu, les divers paramètres permettant de caractériser l'état du système étudié (vibrations, émission de particules, niveau de température, consommation de lubrifiants...) au fil du temps face à la dégradation des surfaces par usure Les principaux objectifs visés dans le présent travail concernent une investigation sur le comportement à l'usure de différentes nuances d'acier au fil du temps pour différentes combinaisons des paramètres opératoires. Des essais d'usure de glissement ont été effectués en utilisant un système tribologique de type pion-disque à circuit ouvert. Les mécanismes d'usure des surfaces en frottement des pions ont été analysés en employant des observations sous microscope optique de Hund (W-AD). En outre, les effets combinés des paramètres opératoires (vitesse de rotation, température, charge normale, géométrie des pions et durée d'essai) sur l'évolution de 1'usue des pions sont étudiés à travers le plan orthogonal mixte L27 de Taguchi et l'analyse des variances (ANOVA). Ensuite, les relations entre les paramètres opératoires et la réponse (usure) via la méthodologie de surface de réponse (RSM) et les réseaux de neurones sont modélisées et comparées. Les modèles ainsi obtenus sont de types : quadratiques et neuronaux. Les graphes représentatifs de l'évolution de la perte de masse au cours du temps pour les différentes combinaisons des paramètres opératoires montrent que l'usure à une aptitude croissante monotone au fil du temps. Les résultats expérimentaux montrent que la diminution du rapport dureté disque/ dureté pion a un effet bénéfique sur la résistance à l'usure des pions. En plus, l'acier inoxydable austénitique (X 54 CrMnNiNsi 21-9-4,), la forme géométrique des pions présentent les meilleures résistances à l'usure. Ils montrent, également, que le phénomène d'usure du système tribologique est gouverné par un mécanisme d'usure par abrasion à deux puis à trois corps. Enfin, le modèle neuronal donne des meilleurs résultats comparativement au ceux issus de la méthodologie de surface de réponse (RSM).