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Effet des couples métalliques et du courant électrique sur la dégradation en méso-fretting

Badri, Khemici (2006). Effet des couples métalliques et du courant électrique sur la dégradation en méso-fretting. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

De nos jours, la technologie de surface ne cesse d'avancer à la recherche de nouvelles performances tribologiques des systèmes oscillants en contact. Les contraintes augmentant et les exigences environnementales se multipliant, le rôle de la surface devient de plus en plus déterminant.

Ce travail de recherche porte sur l'étude du comportement à la dégradation des couples de matériaux métalliques sous micro frottement. Cet objectif passe par l'identification et la compréhension des mécanismes responsables de la dégradation. L'étude a été développée sur les trois stades de frottement: le fretting, le méso-fretting et le frottement à basse amplitude jusqu'à 400µm. Les couples testés incluent les combinaisons des matériaux suivants: acier à hautes performances en usure de la nuance AISI 52100, l'acier inoxydable austénitique 316L, l'alliage d'aluminium de corroyage 6061T6 et le cuivre pur. Les essais ont été effectués à 20000 cycles sous une charge de contact constante de 72gf et une fréquence de 1Hz. La géométrie de contact utilisée est un système bille-plaque. L'effet du courant électrique a aussi été étudié. Les outils de caractérisation de surface comme le microduromètre Vickers, le microscope optique (MO) et le microscope électronique à balayage (MEB) ont été utilisés pour caractériser les traces d'usure.

À la lumière des résultats d'usure obtenus, il ressort que le facteur compatibilité chimique, le rapport relatif des duretés et le phénomène de la consolidation régissent la tenue à la dégradation. L'amplitude du mouvement a, en particulier, une grande influence sur l'évolution de l'usure quelque soit la nature du couple.

Il a aussi été conclu que la variation du taux d'usure en fonction de l'amplitude de vibration pour chaque couple possède une allure qui est très sensiblement la même. Un formalisme mathématique décrivant ce phénomène physique a été élaboré.

L'effet du courant est important quand l'amplitude du mouvement est grande. Cependant, l'usure relative est grande sous courant en fretting. On attribue cet effet au rapport de la densité du courant électrique à l'amplitude de glissement. Ce rapport s'est avéré être très élevé en fretting à comparer aux deux autres stades. Aussi, pour une amplitude de mouvement constante en frottement à basse amplitude, une forte corrélation linéaire set établie entre le taux de dégradation et l'intensité du courant électrique.

Titre traduit

Effect of the metalic couples and electric current on the degradation in meso-fretting

Résumé anglais

Nowadays, the technology of surface does not cease advancing in the search of new tribological performances for the systems of contact. The environmental constraints are increasing and requirements multiplying, the functionality of surfaces becomes more and more determining.

The emphasis of this work is to study the degradation behaviour of metallic materials couples under fretting conditions. This objective is accomplished by identification and comprehension of the factors responsible for the degradation. The study was developed for the three stages of wear at low amplitude: the fretting, the meso-fretting and friction low amplitude up to 400um. The pairs of materials tested included: AISI 52100 high wear performances steel, 316L austenitic stainless steel, 6061T6 wrought aluminium alloy and pure copper. The tests were carried out up to 20000 cycles under a contact load of 72gf and a frequency of 1Hz. The geometry of contact used is ball-plate system. The effect of electrical current on fretting of these materials was also investigated. Materials surface characterization such as microdurometer Vickers, optical microscope (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used to evaluate the degradation level of the materials.

It arises from this work that chemical compatibility, relative ratio of hardnesses and the work hardening explain the degradation behaviour. The amplitude of the movement has a great influence on the evolution of wear of all materials tested. The variation of the wear as function of the amplitude of vibration for each couple of materials followed the same trend. A mathematical model describing this physical phenomenon was elaborated.

It was also found that the effect of the current becomes important for large amplitude of slip. However, relative wear is large under current in fretting. One allots this effect to the ratio of the electrical current density to the amplitude of slip. This ratio proved to be very high in fretting in comparison with the two other stages. Also, for constant amplitude of movement in friction at low amplitude, there is a strong linear correlation between the degradation rate and the intensity of the electrical current. It was also noted that for the couples characterized with weak wear rates at this amplitude, the electrical current does not exert a marked influence. A generalized relation taking account the effects of the movement, the electrical current and the materials couple was proposed.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [115]-119. Chap. 1. Technologie de surface -- Chap. 2. Revue de littérature -- Chap. 3. Méthodologie et procédure expérimentale -- Chap. 4. Résultats -- Chap. 5. Discussion.
Mots-clés libres: Couple, Courant, Degradation, Electrique, Frottement, Materiau, Meso-Fretting, Metallique, Micro, Micro-Frottement, Surface, Technologie
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masounave, Jacques
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 22 févr. 2011 20:27
Dernière modification: 02 nov. 2016 21:47
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/515

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