Notre guide sur l'usure des matériaux
L’usure : de l’identification aux solutions
Quels sont les différentes formes d'usure des matériaux?
L’usure correspond à la « perte progressive de matière de la surface active d’un corps, par suite d’un mouvement relatif d’un autre corps sur cette surface ». Elle peut être due à une multitude de causes : le grippage, l’abrasion, la corrosion, l’érosion...
Le grippage est l’une des formes d’usure les plus répandu. Lorsque les deux corps sont soumis à un frottement fréquent et une pression forte, le contact engendre de la chaleur ce qui a pour conséquence de dégrader progressivement les surfaces en contact, et parfois même provoquer la rupture d’une des deux parties.
L’usure par abrasion est produite par le frottement de corps étrangers très durs, dont au moins l’un est abrasif. Une pression élevée (liée à une concentration importante de particules abrasives) ou une vitesse accrue des particules augmentent significativement le taux d’usure des matériaux.
L’usure par corrosion d’un matériau est une dégradation de type chimique. Elle se traduit par une perte de matière en surface suite à une réaction chimique entre le métal et son environnement (pression, température, gaz polluants…).
L’érosion est une altération physique générée par des agents atmosphériques. L’usure par érosion est due aux impacts de particules solides contenues dans un fluide en mouvement ou par des particules liquides en milieux gazeux. La durabilité de la pièce est notamment influencée par l’envergure, la vitesse et la dureté des particules.
Quelles sont les conséquences de l’usure sur mes coûts de production?
L’accélération du développement industriel au cours du XXème siècle a vu naître la tribologie, science qui étudie entre autre l’usure due au frottement des éléments de machines.
La tribologie démontre que les coûts liés à l’usure sont relativement importants. Il faut prendre en compte une multitude de paramètres qui influe sur le portefeuille des constructeurs. En effet, le remplacement de la pièce et le coût de démontage/remontage représentent des coûts élevés. De plus, cela occasionne une interruption d’une partie de la production et donc une baisse de rendement. Les frais de maintenance peuvent donc engendrer des dépenses importantes et récurrentes sur l’année.
L’usure est un problème récurrent auquel les constructeurs doivent faire face sans toutefois toujours trouver les solutions les mieux adaptées. En outre, ce problème impacte sérieusement leurs budgets car on estime que 30% des avaries sont imputables à l’usure dans l’ensemble des secteurs industriels concernés par l’usure(1).
Quelles sont les solutions pour lutter contre l’usure ?
Dans le contexte de compétitivité actuel, les machines fonctionnent à plein régime entrainant une accélération de l’usure des outils. La solution la plus simple est de changer les outils usés régulièrement. Cependant, les frais sont importants et d’autres solutions moins coûteuses peuvent être entrevues.
Afin d’augmenter la durée de vie des pièces de machines, il est important d’optimiser leurs conceptions en choisissant les matériaux et les traitements thermiques et/ou les traitements de surface adéquats. Ces derniers modifient les propriétés physico-chimiques du matériau. Ils ont, entre autres, la particularité d’apporter au matériau traité une plus haute dureté, une meilleure résistance à l’usure, à la corrosion, à l’oxydation à chaud, un meilleur coefficient de frottement, …
Il existe plusieurs types de traitements thermiques : trempe, cémentation, nitruration, carburation et traitements de surface : écrouissage mécanique, dépôts électrolytiques ou chimiques, PVD, CVD, anodisation, dépôts plasma, implantation ionique.
Les céramiques techniques quant à elles, peuvent atteindre des niveaux de performance que les autres matériaux traditionnels ne peuvent égaler. Elles se distinguent de tous les autres matériaux par leurs qualités :
- Résistance à la chaleur, en cryogénie, à la corrosion ainsi qu’à l’usure.
- Dureté extrême.
- Propriétés électriques d’isolation ou bien de conduction, magnétiques et piézo-électriques.
La faible densité des céramiques techniques permet en outre de les préférer aux métaux, beaucoup plus lourds, lorsque le poids est un critère déterminant. Ces caractéristiques uniques et le plus souvent combinées, font des céramiques techniques des matériaux alternatifs pour toutes les applications où les matériaux et/ou solutions usuels ne donnent pas satisfaction.
Notre objectif est de créer des solutions performantes en céramiques techniques pour augmenter significativement la durée de vie et la fiabilité des composants mécaniques, réduisant ainsi les temps de maintenance dans les procédés automatisés.
Quelques exemples d’application des céramiques techniques :
Composants en zircone FZM de pompes à entrainement magnétique
Outils de formage pour les métaux