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Résumé thèse Catherine Vergne (v.2)

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Analyse de l'influence des oxydes dans le frottement d'une fonte pour outil detravail à chaud

 

Catherine VERGNE - 18 décembre 2001.

Enjeux :
La formation de couches d'oxyde en surface des cylindres de laminoirs à chaud a pour conséquence la génération de nombreux défauts en surface des brameslaminées comme des cylindres de travail. La suppression de ces couches d'oxyde n'est pas pour autant souhaitable puisqu'elles favorisent l'engagement puisl'entraînement des brames entre les cylindres. En favorisant ainsi un bas coefficient de frottement, ces couches d'oxyde contribuent à la diminution del'énergie nécessaire au procédé.
L'intérêt industriel réside donc dans un meilleur contrôle de la formation et de la croissance de ces couches d'oxyde en jouant sur la nature et lamicrostructure des matériaux constituant les cylindres de travail à chaud.

Technologies mises en oeuvre :
L'étude de l'interaction oxydation-frottement a nécessité la conception et la réalisation d'un tribomètre haute température au sein du CROMeP. Ce tribomètreest de configuration pion sur disque, le pion caractérisant l'outil cylindre de laminoirs et le disque la brame laminée.
Ce tribomètre offre toute possibilité d'étude de frottement à hautetempérature pour des couples de matériaux métalliques.

Positionnement du sujet :
Le coefficient de frottement n'est pas une valeur intrinsèque d'unmatériau. Il dépend du couple de matériaux mis en contact. A haute température, le frottement et les mécanismes d'endommagement, engendrés entrele matériau «cylindre» (une fonte blanche) et le matériau brame (acier XC18), vont dépendre de la nature et de la structure des oxydes formés surchacune des surfaces en frottement.
Plusieurs paramètres vont influencer le comportement tribologique de ces oxydes, à savoir le régime thermique, la nature et la microstructure desmatériaux en contact.
L'objectif de cette étude a donc été la corrélation de l'évolution du coefficient de frottement avec la nature et la croissance des couchesd'oxydes.

Résultats :
Dans un premier temps, la dépendance de l'évolution du coefficient de frottement avec la nature chimique et le régime thermique du contact initial aété mise en évidence.
Un modèle phénoménologique sur l'évolution des débris d'oxydes au sein du contact a été établi. Il souligne l'influence des éléments d'alliage de lafonte blanche, notamment de certains carbures.
Dans un second temps, l'indépendance du coefficient de frottement vis-à-vis des conditions d'essais a été montrée, bien qu'il y ait une modification desmécanismes d'endommagement.
Ces résultats s'expliquent par l'établissement assez rapidement d'un contact hématite sur hématite.

Applications et/ou mots clés :
Etudes tribologiques à haute température de couples de matériaux métalliques(chauffage par induction). Tribologie à haute température, frottement, usure, mécanismes d'endommagement, oxydation, oxydes, thermique, méthode inverse.

Transfert des résultats vers l'industrie :
Ces premiers essais ont permis de mettre en évidence la bonne tenue soussollicitations thermomécaniques de la fonte blanche étudiée, constituant les cylindres de travail à chaud. Ils ont en outre souligné l'influence decertains carbures (Nb,V)C, présents dans cette nuance de fonte blanche.
Ces résultats ont confirmé des constats déjà établis sur sites industriels.
Cette étude a donc apporté de premiers éléments de réponse quant à l'estimation de la tenue en service de la nuance de cylindre de travailétudiée et montré l'importance de ses éléments d'alliage.