1995 endommagement abrasion

RAPPORT DE SYNTHESE ENDOMMAGEMENT DES MATERIAUX PAR ABRASION

SOMMAIREpage

INTRODUCTIONChapitre 1 : QU'EST CE QUE L'USURE? 1 - Analyse tribologique de l'usure 2 - Classification schmatique des types d'usure 3 - L'usure par abrasion 1 - Abrasion sous trs fortes contraintes 2 - Abrasion sous fortes contraintes 3 - Abrasion sous contraintes faibles ou rosion Chapitre 2 : LES MECANISMES DE L'ENDOMMAGEMENT PAR IMPACT DE PARTICULES 1 - Gnralits sur l'rosion 2 - Les diffrentes approches de l'rosion par impact de particules 2.1 - Approche mcanique 2.2 - Approche mtallurgique 2.3 - Approche thermique 3 - Loi gnralise de l'usure par rosion 4 - Effets des diffrents paramtres Chapitre 3 : LES MATERIAUX POUR COMBATTRE L'ABRASION 1 - Les alliages mtalliques ferreux ou non ferreux 2 - Les cramiques techniques 2.1 - Les cramiques monolithiques 2.2 - Les cramiques mixtes 2.3 - Les revtements cramiques 3 - Les matriaux de coupe 4 - Les matriaux composites 5 - Les polymres CONCLUSIONS BIBLIOGRAPHIE ANNEXES Caractristiques de matriaux issues de la base de donnes CMS

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Agence Rhne-Alpes pour la Matrise des Matriaux

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INTRODUCTION

Le phnomne d'usure est une caractristique humaine qui nous est familire tous. La nature, et par de l les hommes, voire leur penses, sont soumis l'usure plus ou moins prononce. C'est une constatation douloureuse et quotidienne. Cependant, si l'on veut bien chercher quelque chose de positif ce phnomne, on peut dire qu'il permet un renouvellement. Cette joie est cependant trouble par l'impact de l'usure sur les installations industrielles et d'autre part par les pertes conomiques immenses lies au phnomne d'usure qui reprsentent environ 4 5 % du PNB des tats industriels.

Aujourd'hui, de ce fait, la comptitivit des machines et produits ne se juge plus sur leurs seules performances techniques mais aussi sur leur fiabilit et longvit. C'est un atout incomparable que de savoir ce qu'il faut faire pour que les pices ne s'usent point, ne grippent pas, rsistent mieux la corrosion, la fatigue. La matrise de l'usure et du frottement apparat donc comme l'une des actions prioritaires dans la conception de nouveaux produits sans oublier qu'il faut trs souvent prendre en compte d'autres contraintes physiques ou chimiques en composant avec des exigences contradictoires comme la duret et la rsilience ou l'inoxydabilit. C'est dans le cadre de notre action de soutien aux entreprises que prend place cette tude dont les objectifs sont d'acqurir une meilleure comprhension des mcanismes de base qui rgissent l'abrasion sous faibles contraintes qui reprsente l'une des formes d'usure prdominantes du monde industriel et d'en tirer les enseignements ncessaires en ce qui concerne les solutions apporter pour lutter contre l'endommagement des matriaux par l'abrasion d'une manire gnrale.


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CHAPITRE 1 QU'EST-CE QUE L'USURE?1. ANALYSE TRIBOLOGIQUE DE L'USURE

L'usure constitue un phnomne complexe, souvent mal peru et la connaissance du comportement tribologique des matriaux est une donne essentielle pour la dure de vie et l'efficacit de fonctionnement des quipements. La connaissance du matriau envisag mais aussi de son environnement et des sollicitations auxquelles il est soumis conduit la dfinition d'un systme tribologique, qui par analyse systmatique doit fournir des solutions. Le systme tribologique : Comme indiqu sur la figure N 1, il se compose : du solide principal, du corps antagoniste, de la frontire interfaciale, de l'environnement (atmosphre, lubrifiant, phnomnes thermiques).

Fig. 1 Dans ce systme, agissent diffrents mcanismes que nous pouvons caractriser comme tant : l'adhsion, l'abrasion, l'rosion, la raction tribochimique, la fatigue.

Dans la majeure partie des systmes d'usure, ce n'est pas un mcanisme unique qui est en cause mais presque toujours une combinaison de plusieurs mcanismes. Ces mcanismes se manifestent par des phnomnes de dgradation superficielle caractristiques comme:Agence Rhne-Alpes pour la Matrise des Matriaux le 23 octobre 1995

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transfert de matire (adhsion), ondes, sillons, rainures (abrasion), piqres (corrosion), dpts de ractifs (raction tribochimique), oxydation, grnements, fractures, fissures(fatigue).

L'usure n'est pas une proprit intrinsque du matriau, mais une rsultante des conditions d'applications du systme tribologique. En fonction de la structure d'un systme, le mme matriau peut occasionner soit une dure de vie trs longue, soit une dgradation trs rapide d'une pice. Ainsi le dveloppement de matriaux haute rsistance l'usure ne peut se faire que pour un systme dtermin avec une connaissance exacte des mcanismes de dgradation et des variables significatives qui gouvernent l'usure. la vitesse relative du mouvement V, la longueur de dplacement L, la masse des particules M, la duret du matriau H, la duret de l'abrasif (ou du corps antagoniste) Ha, la force de contact F, l'angle de contact , l'acuit de l'abrasif (ou du corps antagoniste) , le coefficient de friction fo, le coefficient d'adhrence : , dfini par la relation = ad / H.Rq dans laquelle ad est l'nergie d'adhrence des corps en contact (J/m2), Rq, caractrise la rugosit quadratique du corps principal. le coefficient d'activation : Q*= Q/RT T est la temprature de contact (K), R est la constante universelle des gaz parfaits (J/Kmole), Q est l'nergie d'activation du processus tribochimique (J/mole). le coefficient de dformation "tribo-oligocyclique" de la surface *= p/ r p est la dformation microplastique de la surface lors d'un cycle de mise en charge r est la dformation plastique totale la rupture du matriau Autres critres de choix Les phnomnes d'usures sont complexes, ce qui ne simplifie pas les critres de choix du matriau.Par ailleurs, d'autres proprits d'usage ont galement leur importance pour ce choix, comme par exemple: l'aptitude au soudage, l'aptitude au formage chaud, l'aptitude au formage froid, l'usinabilit, la rsistance aux chocs (tnacit),

Le choix du matriau le plus appropri se fera en intgrant le cot l'ensemble des proprits d'usage prcdemment voques.

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CLASSIFICATION SCHEMATIQUE DES TYPES D'USURE


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La rsistance l'usure est un facteur essentiel, non seulement lorsque les conditions d'emploi sont trs svres, mais galement lorsque pour des conditions plus classiques, une pice risque de ne pas atteindre la dure prvue en service. Les mcanismes de l'usure sont extrmement complexes et le choix d'un matriau pour une application donne dpend du type d'usure auquel la pice est soumise et du milieu environnant. Ces types d'usure peuvent se classer schmatiquement de la manire suivante. 1. L'USURE PAR ADHESION GRIPPAGE

Sous l'effet des hautes tempratures, des hautes pressions, et des dformations engendres au contact des asprits des surfaces frottantes, (en frottement sec ou lors d'une rupture locale d'un film de lubrifiant), les matriaux constituant ces dernires se trouvent dans des conditions idales pour engendrer tous les alliages ou composs qui sont susceptibles de se former : c'est la soudure par adhsion. Pour que le mouvement se poursuive, il faut: ou bien cisailler les jonctions ainsi formes, ce qui n'entrane pratiquement pas d'usure, ou bien si les jonctions sont trop solides, dchirer le corps le plus tendre: il y a transport sur le corps de plus dur de parcelles du corps le plus tendre. A la limite, lorsque la densit de micro-jonctions dpasse une valeur critique, il y a adhsion globale sur une macro-aire et blocage du mcanisme par grippage. En rgle gnrale, l'usure par grippage est reconnaissable au fait que le matriau de l'une des pices en contact est soud sur la surface antagoniste et ne peut s'en dtacher. L'volution des surfaces du couple de frottement, sous l'effet des transformations physicochimiques, peut entraner la destruction des surfaces par adhsion; par exemple, enrichissement en cuivre de la surface d'un palier en bronze, puis transport par adhsion de ce manteau de cuivre sur l'axe antagoniste en acier. L'USURE PAR PITTING

2.

Lorsqu'un curseur passe cycliquement au droit du mme point d'une piste, les cisaillements maximaux profonds provoquent, par accumulation de micro-atteintes du domaine plastique, un phnomne de fatigue avec apparition de fractures en sous couche, tendant isoler les couches superficielles. Les compressions et tensions alternes chaque passage du curseur peuvent alors dcouper et isoler des fragments de ces couches superficielles, les lignes de fractures se dveloppant prfrentiellement sur des htrognits ou le plus gnralement dans les zones de moindre rsistance des matriaux. Les fragments ainsi isols sont enfin limins par les cisaillements de surface, c'est le phnomne de fatigue de surface appel "pitting". 3. L'USURE PAR CORROSION DE CONTACT (POUDRE ROUGE)

Cette forme d'usure apparat lorsque deux surfaces en contact sous charge subissent des microglissements de quelques centaines de microns au maximum et des efforts superficiels de cisaillement, le tout avec de rapides alternances : il y a d'abord mission de dbris puis ces derniers sont broys dans l'aire de contact o ils subissent des crouissages, des transformations physicochimiques telles que l'oxydation jusqu' constituer un vritable abrasif; enfin la dgradation de surface s'autoacclre. Le phnomne se caractrise par une coloration des surfaces frottantes et la prsence abondante de POUDRE rouge ou noire, dans le cas o l'une au moins des deux pices en contact est faite d'un alliage ferreux .Agence Rhne-Alpes pour la Matrise des Matriaux le 23 octobre 1995

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L'USURE PAR REACTIVITE VIS A VIS DE L'AMBIANCE

L'exemple le plus frquent provient de la carapace d'oxyde. Lorsque le labourage dnude certaines zones mtalliques, celles-ci, au bout d'un temps plus ou moins long selon la cintique d'oxydation du matriau reforment le liser d'oxyde; sa consommation correspond donc bien une usure du matriau. L'agressivit du milieu et les tempratures leves jouent un rle important dans ce type d'usure. Par exemple, certains additifs extrme pression des lubrifiants (soufre, chlore, etc...) se combinent au mtal la surface, principalement sur les points chauds pour former des sulfures, chlorures, etc... 5. L'USURE PAR FLUAGE

Les contraintes de compression sous la moiti avant du curseur en dplacement sur la surface prsentent souvent une triaxialit suffisante pour faire fluer le mtal sans rupture et par consquent, entraner une perte de cote. Par exemple, des engrenages trs lourdement chargs en acier cment tremp peuvent prsenter des dformations "en vagues"caractristiques d'un fluage sans rupture. 6. L'USURE PAR CAVITATION

L'effet de la cavitation se traduit par l'enlvement de gros dbris mtalliques aboutissant la formation de trous. Ce phnomne, d l'implosion de bulles de gaz pouvant contenir des particules solides dans le liquide lubrifiant proche de la paroi mtallique, comprend trois phases : le lubrifiant se charge de micro-particules solides qui absorbent les gaz occlus pour former les germes de la future cavitation. lors de leur passage dans des zones basse pression et temprature leve, ces germes solides croissent et s'enveloppent de bulles de gaz et de vapeur (le gaz est celui que les dbris d'usure avaient absorb, la vapeur provient du lubrifiant). lorsque le fluide arrive dans les zones pression leve, les bulles sont brutalement crases sous l'effet de la condensation de la vapeur : c'est l'implosion qui peut crer des pressions de plusieurs millions d'atmosphres. L'USURE PAR FRACTURE, EGRENEMENT

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Lorsqu'un curseur se dplace sur une piste, il provoque, dans cette dernire, tout un rseau de contraintes de tension et de cisaillement susceptible de gnrer des dgradations superficielles. : immdiatement l'arrire du curseur rgnent, la surface de la piste, des contraintes de tension dont la valeur maximale est t = f.pm (f tant le coefficient de frottement et pm la pression maximale hertzienne). toujours en surface, les contraintes superficielles triaxiales de compression, ainsi que les cisaillements sont maxima sous la moiti avant du curseur.

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Les premires sont responsables de fractures, les secondes d'grnement. les fractures de surtension sont disposes en arc de cercle comme des "cailles de poisson". Par contre, des fissures d'orientation sensiblement rectilignes, peuvent tre dues des chauffements anormaux (choc thermique). les fractures de surtension peuvent tre responsables d'caillages.

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l'grnement entrane la formation de trous qui correspondent, mme grossirement, la macrostructure du mtal, en liaison avec les htrognits de rsistance au cisaillement. L'USURE PAR CORROSION

On appelle "corrosion" le phnomne de destruction d'un mtal par action chimique ou lectro chimique. Les principales formes de corrosion sont : la corrosion uniforme : se caractrise par une attaque du mtal sur toute sa surface : la rouille d'un acier de construction immerg dans l'eau, l'oxydation des aciers en temprature sont des exemples de corrosion uniforme. la corrosion par piqres : se manifeste par des piqres trs fines qui se dveloppent en profondeur et en largeur dans le mtal. Les aciers inoxydables immergs dans l'eau de mer sont typiques de cette forme de corrosion par piqres. la corrosion intergranulaire : localise comme la corrosion par piqres, consiste en une attaque slective des joints de grains de la structure du mtal. Le mtal ainsi attaqu prend un aspect terne, perd sa sonorit mtallique et devient cassant. la corrosion sous tension : se manifeste sur des pices soumises des contraintes de surface, dans un milieu mme peu ou pas agressif par des fissures profondes. L'exemple typique est celui de la corrosion des bouilleurs de chaudires par des eaux faiblement alcalines. Ce type de corrosion se rencontre plus particulirement dans les aciers du type inoxydable ainsi que dans les laitons et alliages lgers. la corrosion par aration diffrentielle : se manifeste lorsqu'il se forme dans un appareil une zone stagnante de liquide ne participant pas l'agitation et l'oxygnation du reste de la masse. Il se forme alors une pile : les parties ares forment une cathode alors que les parties non ares deviennent anode. Ceci se produit en particulier lorsque le mtal est en contact avec un matriau non mtallique (joint de caoutchouc, garniture d'une presse toupe, etc...). La surface du mtal prsente des gravures de formes trs irrgulires faisant penser une sorte de maladie de la peau.

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Les facteurs intervenant dans les phnomnes de corrosion peuvent tre classs en quatre groupes : 1. 2. 3. 4. 9. Les facteurs chimiques (concentration du ractif, teneur en oxygne, PH, temprature...). Les facteurs lectrochimiques (diffrences de potentiel entre les matriaux et l'ambiance, les couples de matriaux...). Les facteurs mtallurgiques ou structuraux (composition du mtal ou de l'alliage, procd d'laboration, impurets, traitements thermiques, crouissages...). Les facteurs mcaniques (contraintes rsiduelles, sollicitations mcaniques, tats de surface...) L'USURE PAR ABRASION

L'usure par abrasion due l'endommagement des surfaces par des corps trangers plus ou moins durs est un phnomne trs complexe dans lequel interviennent de nombreux paramtres caractrisant: - les pices soumises l'abrasion (composition chimique, microstructure, caractristiques mcaniques); - l'abrasif (taille, duret, angularit, aptitude la fragmentation); - les conditions de service (vitesse et angle d'attaque de l'abrasif, contraintes appliques la surface, temprature, milieu environnant).


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L'USURE PAR ABRASION

L' abrasion est certainement l'un des principaux modes d'usure auxquels l'industrie doit faire face et se rencontre dans les travaux miniers, le terrassement, le traitement des minerais, l'industrie chimique, la cramique, l'agriculture, la fonderie, les industries sidrurgiques, les briquetteries, les centrales nergtiques et bien d'autres industries de base. Le cot annuel de remplacement des pices soumises l'usure par abrasion qui reprsente 50% de l'usure en gnral, constitue pour beaucoup d'industries une dpense importante estime 3 % du PIB franais (CETIM INF. N141). Afin d'tablir une mthodologie permettant d'tudier le comportement l'abrasion des matriaux, on a essay de classer les types d'usure abrasives en trois grandes catgories se diffrenciant par les caractristiques de l'abrasif et les conditions de service.

Dfinition des trois principaux types d'usure par abrasion : Une classification dynamique d'Avery distingue selon le niveau de sollicitation : l'rosion ou l'abrasion sous faibles contraintes : faibles contraintes ou faible concentration des contraintes. chocs accidentels de faibles intensits. l'abrasion sous fortes contraintes (abrasion au meulage) : fortes contraintes et forte concentration de contraintes, chocs ventuels d'intensit limite (high stress grinding abrasion). l'abrasion sous trs fortes contraintes (gougeage) : fortes trs fortes contraintes et trs forte concentration de contraintes. chocs ventuels d'intensit leve (gouging abrasion). Quelquefois, plusieurs types d'abrasion apparaissent ensemble, mais en gnral il est possible de dterminer le genre dominant. Ce fait est particulirement important car un matriau peut convenir pour un type d'abrasion et tre contre-indiqu pour les autres. De plus, dans de nombreux cas, d'autres facteurs, par exemple des chocs ou la corrosion, peuvent galement intervenir en service; c'est ce que nous allons examiner en dtail dans les exemples typiques ci-aprs :

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ABRASION SOUS TRES FORTES CONTRAINTES OU ABRASION AU GOUGEAGEle 23 octobre 1995


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L'abrasion au gougeage se produit lorsque des morceaux de roche ou d'autres matires abrasives grossires entaillent la surface soumise l'usure avec une force suffisante pour arracher des fragments relativement gros des surfaces soumises l'abrasion. Le mcanisme d'enlvement du mtal est donc semblable celui que l'on observe lors de l'usinage l'outil. L'abrasion par gougeage peut se produire faible vitesse, par exemple lorsque le godet d'une pelle mcanique s'enfonce dans un tas de pierres, ou bien vitesse leve, comme dans le cas des marteaux et des barres de broyeurs fonctionnant par choc. L'abrasion au gougeage s'accompagne souvent de chocs svres, et ceci constitue parfois un facteur dcisif dans le choix d'un matriau devant rsister l'abrasion.

Applications typiques : marteaux de broyeurs fonctionnant par chocs, dents de godets de pelleteuse, rebords d'copes de broyeurs boulets (Fig 2), lames de scrapers.

Fig. 2 : Les rebords d'copes utiliss dans les broyeurs boulets sont soumis une svre abrasion au gougeage et des contraintes assez leves, dues aux boulets de broyage uss et aux morceaux de minerai broy grossirement qui se rassemblent au fond de l'cope. Ils subissent aussi frquemment le choc des boulets neufs qui sont chargs tous les jours dans les broyeurs. En consquence, une tnacit considrable est ncessaire.


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ABRASION SOUS FORTES CONTRAINTES OU ABRASION AU MEULAGE

L'abrasion au meulage se produit lorsque deux surfaces d'usure frottent l'une contre l'autre avec une force suffisante pour craser les corps abrasifs prsents entre ces surfaces par un phnomne d'attrition. Les contraintes nominales par unit de surface peuvent paratre faibles, mais les contraintes relles appliques localement peuvent tre trs leves et, dans certains cas, dpasser 200 kg/mm2. Ces taux de contraintes peuvent provoquer l'effritement ou la rupture des microconstituants fragiles de certains matriaux rsistant l'abrasion. L'abrasion au meulage se rencontre non seulement dans des conditions o le broyage est vident, mais galement dans des applications o de la boue et du sable se trouvent invitablement coincs entre des surfaces portantes, comme par exemple entre les chanes et les pignons des convoyeurs, les engrenages et autres parties non couvertes du matriel de terrassement. Dans le cas de broyage autogne, le taux d'usure du blindage peut tre trs diffrent de celui des broyeurs barres et boulets. Les taux d'usure sont relativement faibles mais les surfaces concernes sont importantes. En consquence, le taux d'usure par tonne de matires traites peut tre lev et constitue souvent l'une des principales dpenses dans le traitement du minerai. Applications typiques : blindage de broyeurs boulets et barres (Fig. 3), boulets de broyage pour broyage humide de minerais siliceux, boulets de broyage pour broyage humide de laitier, boulets de broyage pour broyage sec de ciment calcin.

Fig. 3 : L'abrasion au meulage est spcifique aux blindages des broyeurs boulets et aux boulets de broyage. Cette vue de l'aspect intrieur d'un broyeur boulets d'un diamtre de 3,9 m montre que le blindage et la grille prsentent le mme genre d'usure. Un blindage a une dure de vie de deux mois plusieurs annes, suivant son profil, sa rsistance l'usure, ses conditions de travail et la nature du matriau broy.

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ABRASION SOUS FAIBLES CONTRAINTES OU EROSIONle 23 octobre 1995


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L'rosion rsulte du frottement de contact entre des particules abrasives se dplaant assez librement sur des surfaces soumises l'usure. Les charges ne sont pas assez leves pour provoquer le broyage des grains abrasifs et ceux-ci sont en gnral assez petits pour que les chocs soient ngligeables. Dans certains domaines, ce type d'abrasion s'accompagne parfois d'une attaque corrosive, par exemple dans les turbines de pompes utilises dans l'industrie chimique. Pour rsister l'rosion, on peut utiliser des matriaux relativement fragiles et on choisit frquemment des fontes blanches perlitiques (non allies ou faiblement allies) car le taux d'usure est souvent assez bas pour justifier leur emploi. Nanmoins prsent, l'utilisation de matriaux plus rsistants l'rosion est devenue conomique.

Applications typiques : tuyres de sablage, revtements intrieurs de projecteurs de sable, ailettes de couronne mobile de pompes rotatives.

Fig. 4 : Ce classificateur spirales offre un exemple caractristique d'rosion. La boue sablonneuse est vhicule vers le haut de l'auge incline par les spirales qui tournent lentement. Une rosion se produit sur la face et les bords des sabots d'usure. Ces derniers doivent tre remplacs priodiquement, lorsqu'ils sont amincis une paisseur d'environ 6mm.


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CHAPITRE 2 LES MECANISMES DE L'EROSION PAR IMPACT DE PARTICULES SOLIDESL'tude bibliographique (Massoud JP) dveloppe dans ce chapitre permet d'aborder les travaux les plus intressants mens sur ce sujet depuis les annes 1950, et les modles plus ou moins labors qui ont t tablis. Mais si une meilleure connaissance des mcanismes d'enlvement de matire a conduit quelques solutions, la grande diversit des approches et des remdes proposs montre que le problme reste trs ouvert. En outre, cette tude a permis d'isoler et de dfinir un certain nombre de paramtres prpondrants, ainsi que leur domaine d'existence. 1. 1.1 GENERALITES SUR L'EROSION Dfinition et exemples

C'est la dgradation par perte de poids d'un matriau sous l'impact de particules abrasives vhicules par un fluide. A moins que le fluide ne soit inerte vis--vis du matriau, on devra parler d'rosioncorrosion. Le phnomne peut avoir lieu temprature ambiante : on connat, par exemple, l'action du sable entran par le vent sur les rochers. On a constat que la coiffe en plastique de RADARS embarqus sur les avions de chasse se faisait roder par les gouttelettes de brouillard ou de pluie. On rencontre des problmes d'rosion l'intrieur des conduits de gaz par des particules de mtal qui se dtachent de la paroi au moment de la mise en forme des canalisations. A partir du moment o l'on se trouve haute temprature (au-del de 600C) la corrosion et l'oxydation, ngligeables l'ambiante, peuvent jouer un grand rle, dont on connat encore mal l'importance. Quelques exemples permettront de fixer les ides. Dans un racteur d'avion, les aubes de turbines sont corrodes par les gaz de combustion du carburant et dans le mme temps des particules de sable sont aspires par le compresseur et viennent roder les surfaces. Dans les installations de gazification de charbon, des gaz chauds (600C) et corrosifs (SH2, CO, H2...) circulent des vitesses de l'ordre de 5m/sec et sont chargs de particules abrasives. On assiste aux mmes dgradations dans les installations de traitement d'ordures mnagres o la combustion de matires plastiques dgage des vapeurs charges en chlore et en fluor. Cette liste n'est pas limitative, elle permet cependant de mesurer l'importance de ce mode de dgradation. 2. LES DIFFERENTES APPROCHES DE L'EROSION PAR IMPACT DE PARTICULES

Malgr des approches diffrentes, la plupart des auteurs ayant travaill sur ce sujet s'accordent pour distinguer deux comportements principaux, correspondant deux types de matriaux, savoir un comportement ductile typique de la plupart des cibles mtalliques et un comportement fragile typique des verres, cramiques et matriaux durs. Nous nous attacherons donc, dans ce chapitre rappeler les diffrentes approches, caractriser ces deux comportements fragiles et ductiles ainsi que les mcanismes d'enlvement de matire qui leur sont attachs, et signaler les diffrents paramtres qui ont t mis en vidence dans de nombreux travaux. Comportement fragile : Le matriau ne prsentant pas de domaine plastique, la rupture se produit alors que les dformations sont lastiques (le verre, la fonte, le bton, les cramiques, les polymres thermodurcissables chargs). Comportement ductile : Une dformation plastique permanente, accompagne gnralement d'un durcissement du matriau, suit la dformation lastique (alliages mtalliques).

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APPROCHE MECANIQUEle 23 octobre 1995


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2.1.1 - Comportement purement ductile : Une premire thorie propose en 1958 par FINNIE (1) reposait sur l'hypothse d'une perte de poids par micro-usinage(tout au moins en ce qui concerne les matriaux ductiles), chaque particule incidente enlevant un copeau de mtal par les chocs qu'elles occasionnent. Le problme est alors trait comme suit, (Fig. 5), partir d'hypothses sur les forces de contact(supposes constantes), sur la surface de coupe et sur l'apparition d'une zone dforme plastiquement sous la zone d'impact.

Fig. 5 : Schma d'enlvement de matire par micro-usinage L'intgration sur le temps de coupe permet alors de donner les quations suivantes de pertes de volume W:. W= m V2. (sin2 - 6 sin2) f. K.p. K W= m V2.K(.cos2) . f..p. 6 si K 6 si K 6

m := V := f:= K := p :=

masse de la particule, vitesse de la particule, dformation plastique suppose constante, rapport composante verticale / composante horizontale de la force de contact, profondeur de l'empreinte.

Les taux d'rosion ainsi calculs (Fig. 6), en fonction de l'angle d'incidence des particules sur le matriau, correspondent assez bien aux rsultats exprimentaux pour les matriaux ductiles.

L'rosion des matriaux ductiles prsente un maximum trs significatif pour des angles moyens (entre 15 et 30C).


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Fig. 6 : Taux d'rosion en fonction de l'angle d'incidence des particules Cependant, cette thorie tait incapable d'expliquer plusieurs aspects importants de l'rosion de ces matriaux ductiles. Par exemple : l'influence de la vitesse sur le taux d'rosion (t varie comme Vn avec 2

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