Comportement tribologique

Afin d’étudier le comportement tribologique de l’acier A2, trois différents tests ont été effectués. La perte de masse et le coefficient de frottement de cet acier ont été mesurés sous plusieurs conditions. Le premier test consiste à frotter l’échantillon contre un disque en carbure de tungstène sous une charge de 300N et une distance de 1000m. La perte de masse a été mesurée après chaque 200m de parcours. Le deuxième essai a été effectué dans le but d’estimer le coefficient de frottement à la température ambiante, à l’état sec et sous de différentes charges (3N, 6N et 10N). Un tribomètre basant sur la méthode « pin-on-disc » a été utilisé avec une bille en acier 100C6 trempé. L’essai a été réalisé sous une distance de 100m et une vitesse de 5cm/s. Le troisième essai a été réalisé à l’état lubrifié à l’aide d’un tribomètre à mouvement alternatif linéaire (Lineair Reciprocasting Tribometer) afin d’évaluer la variation du coefficient de frottement à chaud (100°C) sous de forte charge (60N) contre une bille en acier 100C6. L’huile commerciale 50W-40 a été utilisée comme agent lubrifiant. Le coefficient de frottement a été mesuré après vingt minutes de test. Les pertes de masse en fonction de la distance parcourue des aciers B2 et A2 à l’état brut de coulée et traité obtenues après le premier essai sont montrées par la figure III.48. Les pertes de masse de l’acier A2 sont faibles que celles de l’acier B2 que ce soit à l’état brut de coulée ou à l’état traité. A l’état brut de coulée, une diminution considérable de la perte de masse de l’acier A2 par rapport à l’acier B2 a été observée et ceci grâce à l’effet du chrome et du niobium ajoutés. D’après les micrographies optiques des deux aciers, l’acier A2 révèle une microstructure riche en précipités, de faible taille et dispersés dans toute la matrice. Cette structure offre à l’acier A2 une meilleure résistance à l’usure, traduite par sa faible perte de masse, comparativement à l’acier B2. La perte de masse de l’acier A2 augmente en fonction de la distance parcourue jusqu’à 600m. A partir de cette distance, elle varie faiblement. Ceci est expliqué par la déformation de la couche superficielle durant le test conduisant à la formation d’une couche écrouie et résistante à l’usure. A l’état traité, les faibles pertes de masse de l’acier A2 comparativement à l’acier B2 sont expliquées par la formation de la martensite en grande quantité dans l’acier A2. Les pertes de masse de l’acier B2 et A2 traités à 1100°C et à 1050°C respectivement deviennent pratiquement similaires à partir de 600m de parcours. La perte de masse de l’acier A2 traité à 1100°C est la Résultats et discussions 101 plus faible de toutes les autres pertes de masse. Ceci est expliqué par l’effet combiné des éléments ajouté (Cr et Nb) et de la température du traitement thermique sur la formation de la martensite en grande quantité. Les coefficients de frottement des aciers B2 et A2 à l’état brut de coulée et traité sont montrés par le tableau III.14 et la figure III.49. Les coefficients de frottement de l’acier A2 sont plus élevés que ceux de l’acier B2 que ce soit à l’état brut de coulée ou traité. A l’état brut de coulée, les coefficients de frottement des deux aciers sont légèrement différents pour les charges de 6N et 10N à l’inverse de la charge de 3N où le coefficient de frottement de l’acier A2 est plus important que celui de l’acier B2. A l’état traité, les courbes du coefficient de frottement des deux aciers sont plus fluctueuses par rapport à l’état brut de coulée. Les aciers B2 et A2 traités à 1050°C présentent une faible variation de coefficients de frottement pour les trois charges. Les courbes des aciers traités à 1100°C sont considérablement plus fluctueuses que celles des aciers traités à 1050°C. Ceci est justifié par l’existence de la martensite en grande quantité pour les deux aciers comparativement au traitement thermique à 1050°C. 

Analyse microstructurale

Les micrographies optiques des aciers B2 et A3 à l’état brut de coulée sont montrées par la figure III.54. Comme pour l’acier B2, la microstructure de l’acier A3 est composée d’austénite et des carbures aux joints des grains. La finesse des grains différencie les deux microstructures de ces aciers. L’acier A3 révèle une structure très fine par rapport à l’acier B2. D’après le calcul de la taille des grains de chaque acier (tableau III.16), le grain austénitique de l’acier B1 à une taille de 138 µm alors que celui de l’acier A3 est de 56 µm. Cette finesse de grains est fortement influencée par l’addition des éléments, principalement le niobium et le vanadium. Ces éléments sont connus par leur effet fortement carburigène même à de faibles teneurs. Ils favorisent la formation des carbures simples ou complexes de faibles tailles, apparaissant sous différentes formes (figure III.55) et agissant sur le grossissement des grains, ce qui conduit à la formation d’une structure plus fine par rapport à l’acier B2. Tableau III.16. Tailles des grains austénitiques des aciers B1 et A3 à l’état brut de coulée Acier B2 Acier A3 Tailles des grains austénitique (µm) 138 56 Figure III.55. Micrographies optiques à l’état brut de coulée des aciers B2 (a) et A3 (b) Résultats et discussions 108 La nature et le type de carbures formés dépendent essentiellement des éléments carburigènes ajoutés. Le niobium et le vanadium sont deux éléments connus par leur effet fortement carburigène. Ils forment des carbures même à des teneurs inferieurs à 1%. L’ajout combiné de ces deux éléments conduit à la formation des carbures de niobium, de vanadium ou des carbures complexes. Le niobium est connu comme étant un élément plus carburigène que le vanadium. L’alliage A3 étudié contient une teneur en vanadium relativement élevée que celle de niobium, alors le composé formé, le plus probable, est un carbure complexe de niobium et de vanadium. Afin de déterminer la nature et le type de carbures formés, des analyses EDS ont été effectuées sur différentes zones de l’acier A3. Cette analyse (figure III.56) a révélé principalement des pics de Nb, de V et de C. Théoriquement, le niobium et le vanadium forment des carbures de même type MC. Alors, le carbure formé peut être du (Nb,V)C ou (V,Nb)C. D’après l’intensité du pic obtenu correspondant à celui du niobium, ce carbure est du (Nb,V)C. Un autre carbure a été identité. Il correspond à la cémentite alliée au manganèse et au chrome. Comme pour l’acier B1, à de faibles teneurs, le chrome se trouve répartie entre la matrice et la cémentite alliée.