Effets de la couche superficielle des échantillons d'acier après brunissage à la bille sur le frottement et l'usure en glissement alternatif à sec

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11315 (2023) Citer cet article

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Les effets du galetage à billes sur le comportement tribologique en mouvement alternatif sec n'ont pas encore été étudiés. Ce travail tente de combler cette lacune. Les échantillons de disques en acier après broyage ont été brunis à la bille. Grâce au brunissage à la bille, la hauteur moyenne de la surface a diminué jusqu'à 85 % et la microdureté a augmenté jusqu'à 20 %. Le brunissage a également généré des contraintes résiduelles de compression qui étaient responsables de l'amélioration de la dureté de la surface de l'acier. Des tests trbologiques ont été réalisés en mouvement alternatif dans des conditions de glissement sec. Une bille en céramique de 10 mm de diamètre en matériau WC est entrée en contact avec le disque en acier. Il a été constaté que le brunissage des billes conduisait à des améliorations de l'usure des disques et du frottement de la paire coulissante. Les diminutions maximales du coefficient de frottement et du volume d'usure par rapport à l'échantillon broyé étaient respectivement de 39 % et 85 %. Les échantillons de plus faible amplitude et de microdureté élevée ont conduit au comportement le plus élevé.

Le brunissage à billes est un processus de finition qui provoque une déformation plastique d'une surface dans laquelle une bille dure est déplacée et pressée sur la surface. Elle conduit à une amélioration de l’état de surface ainsi que des propriétés physiques et mécaniques de la pièce. La pollution environnementale étant faible, ce procédé constitue une alternative intéressante au broyage. Typiquement, le diamètre de la sphère est compris entre 3 et 12 mm. Dans la plupart des travaux, la qualité de la couche superficielle a été estimée sur la base de la rugosité de surface caractérisée par le paramètre Ra (hauteur moyenne de rugosité), la microdureté et les contraintes résiduelles1. Généralement, la charge de brunissage, la vitesse d'avancement et l'avance étaient les paramètres d'entrée2. Le brunissage à la bille entraîne généralement un lissage de la surface, une augmentation de la dureté et des contraintes de compression3.

Les chercheurs ont principalement étudié les effets du brunissage à la bille sur la diminution de la hauteur des rugosités4,5,6,7,8,9,10,11.

Attabi et coll. 4 ont montré que le brunissage à la bille de l'acier AISI 316L entraînait une diminution du paramètre Ra allant jusqu'à 93 %.

Banh et al.5 ont atteint une diminution du paramètre Ra du cuivre sans oxygène de 0,89 (après broyage) à 0,18 µm en raison du brunissage à la bille.

Dzionk et al.6 ont obtenu une réduction du paramètre Sa (extension surfacique du paramètre Ra) de près de 50 % grâce au brunissage à la bille de céramique de l'arbre trempé.

Jerez-Mesa et al.7 ont obtenu une diminution de la valeur efficace. hauteur de rugosité Sq des surfaces Ti-6Al-4 V due au brunissage à la bille. Les changements d'asymétrie Ssk et d'aplatissement Sku ont également été pris en compte. L’effet des vibrations supplémentaires sur la réduction de la hauteur de la surface était positif lorsque la valeur initiale du paramètre Sq était inférieure à 2 µm.

Vaishya et al.8 ont obtenu une diminution de la hauteur de rugosité de 95 % du matériau utilisé dans les moules optiques grâce au brunissage à billes de carbure de tungstène, la rugosité de surface initiale déterminée par le paramètre Sa (Ra) était de 5 µm. Une augmentation de la charge de brunissage a conduit à un lissage de la surface.

Kanovic et al.9 ont obtenu une diminution du paramètre Ra de la surface de l'acier de 3,4–4,5 à 0,13 µm en raison du brunissage par une bille de céramique.

El-Tayeb et al.10 ont découvert qu'une diminution du diamètre de la bille entraînait une réduction de 75 % de la hauteur de rugosité de la surface de l'alliage d'aluminium.

Swirad et al.11 ont obtenu une diminution du paramètre Sq de l'échantillon d'acier martensitique en raison du brunissage des billes.

Les effets du brunissage à la bille sur l'augmentation de la dureté ont également été étudiés 12,13,14,15,16,17,18,19.

Hamadache et al.12 ont révélé que l'exposant de durcissement de la couche superficielle a augmenté de 10 % en raison du brunissage de la bille de diamant en acier 36NiCrMo6.

Bourieba et al.13 ont découvert que le brunissage à la bille provoquait une augmentation de la dureté et de la résistance à la rupture de près de 30 % des échantillons d'acier S355JR. En 14, ils ont obtenu une augmentation de dureté de 45 %.