Comportement tribologique des aciers B2 et A1

Comportement tribologique

Afin d’optimiser le comportement tribologique des aciers B2 et A1 sous l’action des éléments d’addition et des traitements thermiques, différents essais tribologiques ont été effectués. Les pertes de masse mesurées après chaque 200m de test des échantillons B2 et A1 (à l’état brut de coulée et traité) frottés contre un disque en carbure de tungstène sous une charge de 300N avec une distance de frottement de 1000m sont présentées par la figure III.24. Ces essais ont été effectués afin d’évaluer la résistance à l’usure abrasive des aciers A1 et B2 étudiés. Les résultats montrent que les aciers A1 et B2 suivent le même comportement en fonction de la distance parcourue. La perte de masse de l’acier B2 par rapport à celle de l’acier A1 est plus importante que ce soit à l’état brut de coulée ou à l’état traité thermiquement. Ceci montre que l’acier B2 s’use plus que l’acier A1 dans le cas des deux états. L’ajout du chrome, molybdène Figure III. 24. Microduretés de la martensite et de l’austénite résiduelle des aciers B2 et A1 à l’état traité Résultats et discussions 76 et niobium a amélioré efficacement le comportement à l’usure de l’acier A1. Ces éléments forment des carbures durs ((Fe,Mn,Cr)3C, (Fe,Mn,Nb)3C, (Fe,Mn,Cr,Mo)3C et NbC) à l’état brut de coulée distribués uniformément dans toute la matrice durcissant ainsi l’acier et améliorent son comportement à l’usure. A l’état traité, les éléments ajoutés contribuent à l’augmentation du taux de martensite formée. L’effet trempant de ces éléments (surtout le molybdène) et la formation d’une martensite plus riche en ces éléments améliorent la tenue à l’usure abrasive et diminuent la perte de masse de l’acier A1. Si on compare la perte de masse à l’état brut de coulée et après traitements thermique des deux aciers, on remarque qu’à l’état brut de coulée, les deux aciers perdent plus de masse par rapport à l’état traité. L’acier B2 a tendance à perdre plus de masse à l’état brut de coulée surtout après une distance de 200m. Ceci pourrait être expliqué par l’arrachement des carbures secondaires durant le test. Après les deux traitements thermiques appliqués (1050°C et 1100°C), la perte de masse de cet acier est plus faible par rapport à celle de l’état brut de coulée. Cette diminution est justifiée par le changement microstructurale qui s’est produit suite à la transformation de l’austénite en martensite améliorant ainsi le comportement à l’usure de l’acier au manganèse en étude. La perte de masse de l’acier B2 traité à 1100°C est relativement faible que celle du même acier traité à 1050°C. L’augmentation de la température du traitement thermique de 1050°C à 1100°C a conduit à la formation de la martensite en plus grande quantité. Ceci a amélioré la résistance à l’usure de cet acier. Quant à l’acier A1, sa perte de masse à l’état brut de coulée est relativement importante qu’après une distance de 400m. Ceci pourrait être aussi justifié par l’arrachement de faible quantité de carbures au cours de l’essai d’usure. Après traitement thermiques, la perte de masse de cet acier est moins importante par rapport à celle de l’état brut de coulée. Ceci est dû également à la formation de la martensite lors des traitements thermiques. Les pertes de masse de l’acier A1 sont pratiquement comparables que ce soit à 1050°C ou à 1100°C. On remarque ainsi que les pertes de masse de l’acier A1 tendent à se stabiliser à l’état traité après une distance d’environ 900m de parcoure. Ceci pourrait être expliqué par la formation d’une structure écrouée.  En complément aux essais d’usure effectuées sous forte charge, des essais de tribologie ont été réalisés dans l’optique d’étudier la variation du coefficient de frottement sous l’effet de faibles charges (03N, 06N et 10N). Les tests ont été effectués à sec et à température ambiante. Le coefficient de frottement a été mesuré après une distance de 100m sous une vitesse de 5cm/s. Les courbes illustrant la variation du coefficient de frottement en fonction de la distance parcourue des aciers A1 et B2 à l’état brut de coulée et traité thermiquement sont présentées par la figure III.25. Les valeurs du coefficient de frottement sont données aussi par le tableau III.8. Le coefficient de frottement est variable en fonction de la composition chimique des aciers étudiés, des traitements thermiques et des charges appliquées. Les résultats obtenus montrent que le coefficient de frottement de l’acier A1 est relativement élevé par rapport à celui de l’acier B2 pour les deux états (brut de coulée et traité). Ceci est justifié par des duretés et des résistances à l’usure plus élevées de l’acier A1. Ce durcissement génère une résistance entre les surfaces de la bille et de l’acier. A l’état brut de coulée, l’amélioration de la dureté et de la tenue à l’usure de l’acier A1 sont dues à l’ajout combiné du chrome, du molybdène et du niobium. Ces derniers se combinent au fer et au manganèse pour former des carbures complexes fins, distribués uniformément dans toute la matrice, contribuant ainsi à l’amélioration de la dureté et de la résistance à l’usure de l’acier. Figure III.25. Pertes de masse des aciers B2 et A1 à l’état brut de coulée et traité Résultats et discussions 78 A l’état traité, l’élévation de ces deux propriétés est expliquée par la présence de la phase martensitique en grande quantité dans la microstructure de l’acier A1 par rapport à l’acier B2. L’augmentation du taux de martensite dans l’acier A1 est due à la faible teneur en carbone et à l’addition du chrome, du molybdène et du niobium, éléments trempant, favorisant ainsi la transformation de l’austénite en martensite. L’augmentation du coefficient de frottement avec l’augmentation de la température du traitement thermique de 1050°C à 1100°C se traduit par une meilleure dissociation des carbures secondaires et une formation d’une martensite enrichie en grande quantité en éléments ajoutés. L’accroissement du coefficient de frottement n’a pas abouti à une usure de l’acier. Ceci est confirmé par les largeurs des pistes d’usure. Les pistes d’usure des aciers A1 et B2 traités à 1100°C sont présentées par la figure III.26. La comparaison entre ces pistes d’usure nous renseigne sur la résistance à l’usure des aciers testés. Les largeurs des pistes d’usure d’un même acier diminuent avec l’augmentation des charges appliquées et des éléments d’ajout. Ceci est probablement dû à la déformation de la surface de contact des aciers testés sous l’effet des charges appliquées. La déformation de la phase austénitique au cours de l’essai favoriserait la formation de la martensite. La dureté élevée de celle-ci par rapport à l’austénite améliore la résistance de l’acier contre la bille, ce qui se traduit par l’augmentation du coefficient de frottement. Ainsi, les pistes d’usure de l’acier A1 sont moins larges que celles de l’acier B2. Ceci est dû à la forte résistance à l’usure de l’acier A1.