Scléro-topométrie sur fonte sphéroïdale en régime de lubrification limite appliquée à l’étude de la valorisation des huiles usagées

New approach for surface metrology via sclero-topometric discrimination strategy applied to valorisation of waste oil – study of ductile cast iron

¹ École Centrale de Lyon, Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, 36 av. Guy de Collonges, 69134 Ecully, France
Eymard.Stephanie@yahoo.fr
² Sté Daffos et Baudasse, 61 rue Decomberousse, 69100 Villeurbanne, France
³ Sté Ferry Capitain S.A., Fonderies et Ateliers de Construction, Joinville, France
⁴ Poznan University of Technology, Poznan, Pologne
⁵ Emérite au CNRS, École Centrale de Lyon, Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, Ecully, France

Reçu : 11 Décembre 2012
Accepté : 27 Août 2013

Résumé

La scléro-topométrie permet de mieux cerner les mécanismes de la déformation plastique en régime de lubrification limite, et par conséquent mieux cerner l’abrasion des matériaux, sous l’angle de la déformation et de l’usinage. Cette combinaison métrologique associe les efforts s’exerçant sur une particule abrasive modèle, à la morphologie de la trace générée en présence d’un fluide. L’interface tri-phasique ainsi réalisée permet la métrologie des interactions abrasives, qui sont fonction des propriétés physico-chimiques, rhéologiques et morphologiques de la surface dans des conditions cinématiques définies. Dans cette étude des hydrocarbures neufs, usagés (pollués par les Polychlorobiphényls) et régénérés, ayant des propriétés physico-chimiques et rhéologiques proches, sont comparés sur une fonte à graphite sphéroïdal, matériau de frottement largement employé dans l’industrie du transport. Nous montrons que les paramètres classiquement pris en compte (largeur et profondeur du sillon) ne permettent pas d’approfondir la connaissance des mécanismes d’abrasion. Une séquence de techniques d’analyse de surface (Microscopie électronique à balayage, microscopie optique et numérique, interférométrie 3D) est développée et combinée aux mesures des forces tangentielles et normales des essais. Cette séquence analytique permet la détermination du taux de déformation de la fonte, par la mesure des volumes de matière déplacée. Cette étude a mis en évidence une potentielle nouvelle voie de quantification de l’action des fluides lubrifiants, et par conséquent une revalorisation des huiles usagées dans l’usinage des métaux.

Abstract

Sclero-topometry allows a better understanding of plastic deformation regime in boundary lubrication and therefore the abrasion mechanisms of materials, in terms of wear and machining. This combination mixes the metrological effort exerted on an abrasive model particle and the morphology of the trace generated in the presence of a fluid. The resulted tri-phasic interface allows metrology abrasive interactions, which are based on physico-chemical, rheological and morphological surface under defined kinematic conditions. In this study new, used (polluted by Polychlorobiphenyls) and regenerated oils, having similar physico-chemical and rheological properties, are compared on a spheroidal graphite cast iron, which is a friction material widely used in the transportation industry. We show that the parameters conventionally considered (width and depth of the groove) do not allow a deeper understanding of the mechanisms of abrasion. A sequence of surface analytical techniques (scanning electron microscopy, optical and digital microscopy, interferometry 3D) is developed and combined with measurements of normal and tangential forces tests. This sequence allows the analytical determination of the degree of wear of cast iron by measuring the volumes of removed material. This study has highlighted a potential new way of revaluation of waste oils in metalworking.