Types d'usure : classification et caractéristiques d'usure

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'usure s'entend de la destruction progressive des surfaces de frottement des différentes paires. Il existe de nombreux types d'usure. Ils sont dus à diverses raisons. Mais ils ont tous une chose en commun: les particules sont séparées du matériau de base. Cela entraîne une perturbation du fonctionnement des mécanismes et, dans d'autres cas, peut provoquer leur panne. Les écarts dans les articulations augmentent, les atterrissages commencent à battre à la suite de la formation d'un contrecoup important. Cet article présente les principaux types d'usure, donne leurs caractéristiques et leur classification générale.

Caractéristiques de l'usure par abrasion

Un abrasif est un matériau finement dispersé d'origine naturelle ou artificielle, avec une dureté significative suffisante pour rayer d'autres matériaux moins durs.

Type d'usure de surface, dans laquelle il y a une destruction de la structure et de l'intégrité de la couche de surface lorsquel'interaction avec les microparticules solides est appelée abrasive. Il faut annuler que pour ce genre de destruction, la vitesse de frottement doit être très importante (plusieurs mètres par seconde). Bien qu'en cas de fonctionnement prolongé, la destruction se produit même à des vitesses et des forces de serrage inférieures.

Le rôle des substances abrasives peut être à la fois des objets fixes (phases solides des aciers et alliages) et des particules étrangères en mouvement tombées dans la zone de contact des surfaces frottantes (sable, poussière et autres).

Les facteurs suivants influencent la quantité d'usure par abrasion et son intensité:

• nature d'origine des particules abrasives;
• environnement de fonctionnement du mécanisme (degré d'agressivité);
• propriétés matérielles des paires de frottement;
• charges d'impact;
• indicateurs de température et bien d'autres.

Abrasion avec des particules dures (grains)

Ce type d'usure mécanique se produit lorsque des grains abrasifs entrent en contact avec du métal ou un autre matériau. L'indice de dureté de ces particules dépasse considérablement l'indice de dureté du métal lui-même. Cela conduit à la déformation des matériaux des paires de frottement, à l'apparition de contraintes de fatigue et à l'abrasion de surface.

Si le mécanisme fonctionne dans des conditions de charges alternées fréquentes, l'effet des effets nocifs de l'abrasif est renforcé. Dans ce cas, la particule abrasive laisse non seulement des marques, mais aussi des bosses sur la surface métallique.

Avec une augmentation de la fraction de la substance abrasive, lal'usure abrasive. Les particules abrasives sont très dures, mais en même temps cassantes. Par conséquent, les grands corps peuvent être broyés en plus petits.

Caractéristiques de l'usure oxydative

Ce type d'usure se produit lorsqu'un film d'oxyde lâche apparaît à la surface des pièces frottantes, qui est rapidement retiré de la surface en raison du frottement. La plupart des matériaux d'ingénierie ont tendance à s'oxyder dans l'air à des températures élevées. Par conséquent, les mécanismes qui fonctionnent sans lubrification et sans système de refroidissement sont sujets à ce type d'usure des pièces.

Plus le taux de destruction du film d'oxyde est élevé et plus le taux de sa formation est élevé, plus l'usure des surfaces est intense.

Ce type d'usure est typique pour les joints articulés et boulonnés, divers mécanismes de suspension, et en fait pour toutes les unités fonctionnant sans lubrification.

Avec l'augmentation de la vitesse de frottement, la température des surfaces frottantes augmente. Cela conduit à l'intensification des processus destructeurs. Une augmentation des charges de choc a un effet similaire.

Usure due à la déformation plastique

Ce type d'usure des pièces de machine est typique des unités fortement chargées. Son essence réside dans la modification des formes géométriques du produit sous l'influence de charges importantes.

C'est le plus typique pour les connexions à clé et cannelées, ainsi que pour les filetages, les broches, etc.

Similairedes déformations peuvent également se produire dans les articulations des engrenages. Et ils n'ont pas besoin d'être rapides. La charge est le facteur clé ici.

Souvent, de telles déformations apparaissent sur les rails et les roues du matériel roulant. Pour prévenir, il est nécessaire d'organiser en temps opportun la prévention et l'examen des éléments structurels.

Usure due à l'écaillage

La classification présentée des types d'usure ne sera pas complète si l'on perd de vue la soi-disant usure par écaillage. Son essence est la suivante. Dans des conditions de fonctionnement sévères (voire extrêmes), les couches superficielles des pièces frottantes subissent des transformations structurelles et de phase. Les raisons dans différents cas sont les températures élevées, les conditions de chauffage et de refroidissement, la haute pression et autres. Les propriétés des couches résultantes diffèrent considérablement de celles du matériau d'origine. En règle générale, ces phases sont fragiles et cassent sous la charge.

Ainsi, des rayures blanches caractéristiques se forment sur l'acier et la fonte lors de frottements sans lubrification. Ces zones ne peuvent pas être gravées même avec une solution d'acide nitrique ou fluorhydrique dans l'alcool. Les spécialistes dans le domaine de la science des métaux appellent cette formation une couche blanche. Il a une dureté Rockwell assez élevée et est très cassant. Un laboratoire a effectué une analyse de phase et de structure de la couche blanche. Il s'est avéré qu'il s'agit d'un mélange mécanique de martensite et de cémentite. Il contient également une petite quantité de ferrite. La dernière chose du toutpetit et il ne peut pas réduire la dureté.

La formation (synthèse) de cette substance s'accompagne de l'apparition de forces de traction et de compression internes nocives. Lorsque les vecteurs de contraintes internes coïncident avec des charges externes sur la pièce, de petites fissures se forment à sa surface dans la zone de la couche blanche. Ces microfissures sont des concentrateurs et des accumulateurs de contraintes, ce qui conduit à une rupture fragile du produit dans son ensemble.

Usage par la corrosion des fixations

Ce processus se produit sur des surfaces en contact étroit les unes avec les autres. La raison en est les fluctuations. Il est à noter que les matériaux des corps de la paire de friction peuvent être très différents (métal-métal ou non-métal-métal).

Ce phénomène se produit déjà à des déplacements minimes de corps (environ 0,025 micromètre).

En raison des fluctuations, des centres de corrosion apparaissent sur les surfaces, qui se développent et entraînent la destruction de la couche de surface.

Usure par cavitation vibratoire

Ce type d'usure se produit lorsque les produits fonctionnent dans un milieu liquide. Bien que cela puisse également se produire lorsqu'un jet de liquide frappe une partie d'une machine ou d'un mécanisme. La physique du processus est la suivante. La pression du liquide à la frontière de phase (entre liquide et solide) chute, ce qui conduit à l'apparition de bulles dites de cavitation. L'intensité de cette usure dépend de la teneur en air du fluide et de la pression extérieure.

Une vibration sonore peut servir de catalyseur. Les vibrations du spectre ultrasonore sont particulièrement nocives dans ce cas. Très souvent, un tel phénomène nocif se produit dans les pièces frottantes des moteurs à combustion interne. Les recherches montrent que la cavitation sonique s'use trois à quatre fois plus vite que la friction.

Usure due à la fissuration thermique

Ce problème est typique des roues des wagons et des locomotives. Pendant le mouvement du train, le conducteur doit souvent ralentir. Cela fait patiner et chauffer les roues. Lors de la prise de vitesse, la surface de frottement se refroidit assez rapidement. Un tel cyclage thermique conduit à la formation de nombreuses fissures à la surface de la roue. Cela accélère considérablement l'usure du produit. Actuellement, des aciers alliés spéciaux sont utilisés pour la production de roues de chemin de fer. Mais auparavant, de l'acier de qualité ordinaire était utilisé. De vieilles roues sont encore utilisées sur de nombreux trains aujourd'hui, ce problème est donc toujours d'actualité.

Moyens de traiter les fissures thermiques

La mesure la plus efficace pour lutter contre les fissures thermiques sera de fournir un refroidissement intensif. Des huiles et graisses spéciales peuvent être utilisées à cet effet. Dans le cas des roues de train, cette mesure, pour des raisons évidentes, n'est pas adaptée. Dans ce cas, vous pouvez jouer sur la composition chimique du matériau et choisir une nuance d'acier plus favorable de ce point de vue. Certaines nuances d'aciers alliés ont un faible coefficient de dilatation. Et cette propriété peut être utilisée à son avantage.

Certainscaractéristiques d'usure par érosion

Compte tenu des types de frottement et d'usure, nous ne pouvons pas perdre de vue ce que l'on appelle l'usure par érosion. En termes simples, il s'agit de la destruction de surfaces sous l'influence de l'environnement.

En ingénierie, ce concept fait référence à la destruction des surfaces des pièces de machines et des assemblages de mécanismes sous l'influence de facteurs environnementaux. Ces facteurs d'influence comprennent les flux d'air et de liquide, la vapeur ou divers gaz. La cause de l'usure est, comme auparavant, le frottement. Seulement dans ce cas, ce ne sont pas des particules abrasives, mais des molécules de gaz ou de liquide qui agissent sur la surface.

Des microfissures apparaissent au cours de ce processus. Des molécules de liquide et de vapeur sous haute pression y pénètrent et contribuent à la destruction de toutes les couches superficielles des produits.

Le liquide ou la vapeur peuvent également contenir des particules abrasives en suspension. Dans ce cas, un tel mélange provoquera une destruction et une usure par érosion abrasive.

L'usure par fatigue et ses caractéristiques

Les types d'usure et les violations de géométrie sont très divers. De nombreux problèmes pour les ingénieurs concepteurs et les ingénieurs mécaniciens sont causés par l'écaillage par fatigue des surfaces des pièces. Cette "maladie" est très insidieuse. Le phénomène d'écaillage par fatigue se produit dans les pièces qui fonctionnent longtemps dans des conditions de charges alternées. Il s'agit d'une "maladie" caractéristique des joints d'engrenage.

Ce type d'usure s'accompagne de l'initiation de fissures en surface et de leur pénétrationprofondément dans le produit. Tout un réseau de telles microfissures apparaît sur une surface insignifiante. Sous l'influence des pressions et des températures, de petits morceaux de métal disparates se détachent du corps principal et tombent. Un rôle important dans ce processus est joué par le lubrifiant (huile), qui pénètre dans les microfissures et favorise la destruction.