Quantitative analysis of fretting damages
Étude quantitative des dégradations en fretting
Résumé
Damages induced by fretting usually appear under different forms depending on the loading conditions. Based on an elastic analysis of the sphere/plane contact, this study focuses on the possibility to quantify of the three main aspects which are respectively : the sliding condition, the crack nucleation under partial slip and the wear induced by debris formation under gross slip situations. The sliding condition for a sphere/plane contact is formalised by three adimensional variables A,B,C which permit to measure the transition between partial and gross slip. The crack nucleation phenomenon for high cycle fatigue condition depends on the behaviour of the material. For low alloyed steels with an isotropic hardening behaviour (30NCD16), the cracking risk can be estimated through the transposition of the Dang Van fatigue theory if the local coefficient operating in the sliding annulus and the size effect are considered. For high speed steel (SC6-5-2), containing numerous brittle carbides in the matrix, the fretting cracking mechanism is mainly controlled by a threefold of crack propagation. Wear induced by debris formation is studied comparing the worn material and the quantity of cumulated dissipated energy. The global wear volume analysis is completed by a local description of the energy distribution in the contact. Different wear energy coefficients have been introduced allowing the comparison between tribosystems. It is shown that the TiN coating presents a wear resistance up to 10 times superior to the one of the SC6-5-2 steel.
Les dégradations observées dans les contacts soumis à des sollicitations de fretting apparaissent sous différentes formes en fonction des conditions de sollicitation. Fondée sur l'analyse élastique du contact sphère-plan, cette étude a pour objectif de quantifier les trois aspects que sont : la condition de glissement, l'amorçage de fissures en glissement partiel et l'usure par formation de débris pour les grandes amplitudes de glissement. On montre que la condition de glissement peut être décrite à partir de trois variables A, B, C qui permettent de définir la transition entre glissement partiel et glissement total. La condition d'amorçage à grand nombre de cycles, étudiée en glissement partiel, dépend du comportement du matériau. Pour un acier présentant un écrouissage du type isotrope (30NCD16), le critère de Dang Van permet de quantifier le risque d'amorçage dans le contact si l'on tient compte du coefficient de frottement local dans l’anneau de glissement et de l'effet d'échelle. Pour les aciers fortement alliés, fragiles (SC6-5-2), il importe de tenir compte des micro-carbures présents dans l'acier et d'associer la condition de fissuration à un seuil de propagation. L'usure par formation de débris en grands débattements est étudiée en associant la quantité de matière usée à l'énergie interfaciale dissipée. L'analyse globale est affinée par une description locale de l'énergie dissipée dans le contact. On introduit des coefficients énergétiques d'usure qui montrent une cinétique de dégradation de l'acier SC6-5-2 de 9 à 10 fois supérieure à celle du dépôt TiN.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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