Influence de la température sur les mécanismes de frottement et d’usure des aciers X12NiCrMoSi25-20 et 25CrMo4 glissant sur du carbure de tungstène

Influence of the temperature on the friction and wear mechanisms of the X12NiCrMoSi25-20 and 25CrMo4 steels sliding on tungsten carbide

¹  Laboratoires des Matériaux Non Métalliques, Département d’Optique et Mécanique de Précision, Faculté des Sciences de l’Ingénieur, Université Farhat Abbas, Sétif, Algérie
²  Centre de Mise en Forme des Matériaux, CEMEF, UMR 7635, CNRS-École des Mines de Paris, BP. 207, 06904 Sophia Antipolis, France

Auteur de correspondance : n_khanafi@yahoo.fr

Reçu : 3 Mars 2005
Accepté : 19 Septembre 2005

Résumé

Nous étudions le frottement et l’usure des aciers X12NiCrMoSi25-20 et 25CrMo4 lors du glissement lubrifié sur un disque en CW-Co. Nous déterminons l’influence de : la préparation de l’éprouvette, la dilution du lubrifiant, la force normale et la température entre 20 et 150 °C. Après essai, les éprouvettes sont observées par microscopies optique et électronique avant et après attaque métallographique. Une première série d’essai sur les deux aciers avec lubrifiant dilué montre que l’usinage des éprouvettes introduit une couche superficielle écrouie qui diminue fortement la vitesse d’usure et augmente le frottement. L’augmentation de température atténue ce phénomène et provoque une augmentation du frottement et de la vitesse d’usure, la lubrification s’avérant très difficile au-dessus de 20 °C pour X12NiCrMoSi25-20. Une seconde série d’essais a été effectuée sur le 25CrMo4 avec le lubrifiant non dilué pour deux forces normales. Ces essais montrent qu’après rodage de la contre-pièce, la vitesse d’usure est indépendante de la force normale, augmente entre 20 °C et 100 °C et décroît entre 100 et 150 °C. Les éprouvettes subissent un écoulement plastique sur une profondeur de l’ordre de 40–70 µm et le métal est extrudé à la limite du contact sous formes de feuillets. Ce mécanisme semble être le mécanisme d’usure dominant dans nos conditions d’essai : il serait favorisé par la capacité d’écrouissage de l’acier. L’évolution de la vitesse d’usure avec la température pourrait être causée par l’effet de la température sur la contrainte d’écoulement plastique de l’acier.

Abstract

We study the friction and the wear of the X12NiCrMoSi25-20 and 25CrMo4 steels in lubricated sliding against a CW-Co disk. We state precisely the influence of the sample preparation, the lubricant dilution, the normal force P and the temperature between 20 and 150 °C. After testing the samples are observed with optical and electronic microscopy before and after metallography. A first round of testings on both steels with a dilute lubricant demonstrates that the machining of the samples leaves a residual workhardened layer which reduces the wear rate but increases the friction. This artefact decreases with an increase in temperature which in addition increases the wear rate and the friction; above 20 °C this lubricant is not able to provide an efficient lubrication on X12NiCrMoSi25-20. A second round of testings has been performed on 25CrMo4 with not dilute lubricant and two normal forces. These testings demonstrate that after an initial run-in of the disk the wear rate does not depend on P and increases between 20 and 100 °C and above decreases The samples undergo a plastic deformation in a layer with 40–70 µm thickness and the material is extruded on the contact boundary as platelets. This mechanism seems be the dominant wear mechanism in our testing conditions; it would be promoted by the workhardenability of the steel; the evolution of the wear rate with temperature would be induced by the effect of the temperature on the flow stress of the steel.