Tribologie Partie 3 : Termes, Normes et Essais

Les principes fondamentaux de la tribologie, partie 3 : Termes, normes et essais en tribologie

Roulements

Figure 1 : La conception et la maintenance des roulements sont fortement influencées par la tribologie.

Au fil du temps, de nombreuses méthodes d'essai et normes ont été développées pour comprendre quelles variables influencent un système tribologique. La compréhension de ces variables aide les producteurs à développer des lubrifiants de manière significative, ce qui leur permettra d'affecter le lubrifiant à une application spécifique telle que les roulements, les systèmes d'engrenages, les pompes, etc.

Dans cet article, nous allons passer en revue une sélection de méthodes d'essai utilisées pour déterminer l'adéquation d'un lubrifiant à une application. Nous abordons également une série de termes souvent utilisés en tribologie qui aideront à comprendre les différents facteurs qui entrent en jeu lorsqu'on travaille avec des systèmes tribologiques.

Dans cette série de trois articles, nous examinons trois parties principales de la tribologie et l'application de la tribologie en mécanique.

Table des matières

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Méthodes d'essai et normes

Afin de garantir la qualité et l'utilité d'un lubrifiant, divers tests peuvent être effectués. Ils vérifient comment les propriétés physiques et chimiques du lubrifiant réagissent à différents facteurs d'influence. Les données obtenues sont utilisées pour déterminer l'application appropriée du lubrifiant.

Essais de viscosité

La viscosité d'une huile est déterminée avec différents instruments de mesure selon le type de produit. Un viscosimètre à chute de bille est utilisé pour répondre aux spécifications de la norme DIN 51562-1 ou de méthodes similaires. La spécification de la viscosité cinématique V (ny) [mm2 /s] est effectuée à +40°C. La valeur, par exemple à +100°C, est souvent aussi intéressante, de sorte que la chute de la viscosité à des températures plus élevées peut également être évaluée.

Test du point d'éclair

Essentiellement, le point d'éclair désigne la température la plus basse à laquelle une quantité suffisante de vapeur inflammable s'enflammera au contact d'une source d'inflammation. Cette méthode permet d'évaluer le danger d'incendie des liquides combustibles. Les méthodes de mesure les plus courantes dépendent du type de produit et de la hauteur du point d'ancrage. Deux tests sont disponibles, les creusets fermés (selon la norme DIN ISO 2592) ou les creusets ouverts (selon la norme DIN ISO 1523:2002), également connus sous le nom de tests en godet ouvert ou en godet fermé. Ce test est important en tribologie car un frottement élevé entraîne généralement un développement de chaleur extrême.

Test de frottement du fil

Un banc d'essai pour vis est utilisé pour déterminer le frottement des filets. La norme ISO 16047 définit le coefficient de frottement d'un assemblage vissé comme la force exercée lors du serrage des vis et des écrous. Le test sera influencé par la dimension du fil, le matériau et le type de surface. La lubrification et les revêtements sont également susceptibles d'affecter les caractéristiques tribologiques des joints filetés. Ainsi, un point de référence serait établi et l'influence des différents paramètres pourrait être mesurée.

Essai à l'eau condensée et au brouillard salin

L'un des tests les plus importants, notamment pour les composants métalliques dans les applications, est de savoir comment ceux-ci sont affectés par la corrosion. La lubrification offre un degré élevé de protection contre la corrosion, dont l'ampleur est déterminée par le test de l'eau condensée et le test du brouillard salin. Les deux tests visent à déterminer le temps nécessaire pour qu'un composant présente des traces de corrosion. L'essai à l'eau condensée est défini par la norme DIN 50017, l'essai au brouillard salin est défini par la norme ISO 9227.

Dans l'essai à l'eau condensée, de l'air humide est condensé sur la surface d'une pièce d'essai lubrifiée à sec ou humide, dans des conditions ambiantes définies et dans un environnement protégé. Une période de temps spécifique est requise pour l'exposition à l'eau condensée. Ces essais permettent de tirer des conclusions précises sur le comportement et les performances de la protection contre la corrosion. Ces tests permettent également d'identifier les éventuels défauts d'un revêtement.

Les essais au brouillard salin sont effectués dans des conditions similaires. Un climat salin est simulé par cet essai, dans lequel les plaques revêtues sont exposées à un brouillard salin défini selon la norme ISO 9227. On vérifie après combien d'heures des traces de rouille apparaissent et quel degré de protection le lubrifiant offre contre la corrosion.

Test de cohérence

graisse sur le roulement

Figure 2 : Les lubrifiants mous sont utilisés sur différents types de roulements, tels que les paliers lisses, les roulements à rouleaux et les roulements à billes.

Les pénétromètres mesurent la consistance de la graisse lubrifiante conformément à la norme ISO 2137, où la graisse est travaillée avant la mesure afin de simuler la contrainte du roulement. Sur la base de la profondeur de pénétration d'un cône, la classe de consistance peut être attribuée selon la norme DIN 51818. Les classes vont de très souple (classe 000) à très ferme (classe 6). Reportez-vous au tableau suivant :

Grade NLGI Pénétration travaillée (1/10 mm) Type de graisse Application
000 445-475 Graisses et huiles fluides Systèmes de lubrification centralisée, Systèmes de lubrification des engrenages
00 400-430 Graisses et huiles fluides Systèmes de lubrification centralisée, Systèmes de lubrification des engrenages
0 355-385 Graisses fluides Systèmes de lubrification centralisée, Systèmes de lubrification des engrenages
1 310-340 Graisses souples paliers lisses, roulements, pompes à eau
2 265-295 Graisses souples paliers lisses, roulements, pompes à eau
3 220-250 Graisses souples paliers lisses, roulements, pompes à eau
4 175-205 Graisses souples paliers lisses, roulements, pompes à eau
5 130-160 Graisses dures Graisses pour joints d'étanchéité, graisses de blocage
6 85-115 Graisses dures Graisses pour joints d'étanchéité, graisses de blocage

Test de comportement de rupture

Ce test est effectué principalement pour les pâtes de fixation et de vissage utilisées dans des applications à haute température. Un élément de fixation est lubrifié et serré à 40 ou 70 Newton-mètres. Ensuite, l'élément de fixation est soumis à des températures comprises entre 200°C et 650°C pendant 100 heures. Le couple de desserrage nécessaire est comparé au couple de serrage qui détermine le comportement de rupture.

Test du point d'écoulement

Le point d'écoulement d'un lubrifiant est mesuré au moyen de paramètres définis dans la norme DIN ISO 3016. Cette méthode consiste à chauffer l'échantillon puis à le refroidir à une vitesse déterminée. Les caractéristiques d'écoulement de l'échantillon sont examinées à des intervalles de 3°C. Le point d'écoulement est la température la plus basse à laquelle on observe un mouvement ("coulée" ou "écoulement") d'un échantillon. Les tests de ce type sont particulièrement utiles pour les lubrifications effectuées dans des zones de stockage à froid, des climats froids, etc.

Test d'ajustement à la presse

L'essai Press-fit examine le comportement et l'adhérence des lubrifiants solides sous une pression très élevée et à des vitesses de glissement faibles. Ce test permet de mesurer le coefficient de friction et de déterminer s'il y a glissement du bâton. Ceci est crucial pour les travaux de montage (par exemple, les presses), ainsi que pour les glissières et les guides (par exemple, les machines-outils).

Test du point de chute

Le point de goutte d'une graisse lubrifiante est défini comme la température à laquelle la graisse passe d'un état semi-solide à un état liquide lorsqu'elle est testée dans les conditions définies par la norme ISO 2176. Dans les graisses qui contiennent des savons classiques comme épaississants, c'est le changement d'état typique. Les graisses contenant des épaississants autres que les savons classiques peuvent ne pas se liquéfier, ce qui signifie qu'elles n'ont pas de point de chute. Le point de chute est supérieur à la température maximale de fonctionnement recommandée.

Test sur banc d'essai à quatre balles

Le banc d'essai à quatre billes est un dispositif d'essai de lubrifiants qui est utilisé pour les pressions de surface élevées dans la gamme de frottement mixte. Selon la norme ISO 20623, le banc d'essai à quatre billes se compose d'une bille mobile en rotation qui glisse sur trois billes fixées en place.

Lors de l'essai de la capacité de charge maximale du lubrifiant, une force d'essai agit sur la bille mobile, qui est augmentée par étapes jusqu'à ce que le système à quatre billes soit soudé en raison de la chaleur de friction produite. Cet essai est conçu pour tester la capacité de charge maximale d'un lubrifiant.

Essai tribologique d'oscillation linéaire

Les méthodes d'essai décrites dans la norme internationale ISO 19291 sont basées sur une machine d'essai à oscillation linéaire. Il détermine les grandeurs tribologiques telles que la capacité de charge, l'usure, le frottement et le comportement aux pressions extrêmes des huiles et des graisses dans les géométries de contact bille sur disque telles que les roulements à billes.

Test d'épaisseur du revêtement anticorrosion

L'épaisseur du revêtement est mesurée en faisant tourner une bille à une vitesse prédéfinie sur un point unique pendant une période de temps prédéterminée, ce qui érode le revêtement. Le rayon est ensuite examiné au microscope pour déterminer la profondeur de pénétration, ce qui permet de déterminer l'épaisseur du revêtement. Des valeurs comme celles-ci sont très importantes car elles déterminent la durée de vie de la protection contre la corrosion.

Terminologie importante en tribologie

Vous trouverez ci-dessous un grand nombre de termes qui trouvent leur origine dans la tribologie et la lubrification.

Additifs Les lubrifiants utilisent des additifs pour améliorer des propriétés spécifiques, comme les propriétés anticorrosion.
Vieillissement Fait référence à la modification des substances au niveau chimique. Le temps de fonctionnement, la lumière, l'air moyen, la chaleur, etc. sont des facteurs qui provoquent le vieillissement.
Lubrification aux limites Lubrification entre deux surfaces de frottement qui n'implique pas la formation d'un film lubrifiant fluide.
Bright stock Ce lubrifiant résiduel lourd a un point d'écoulement bas et est utilisé dans les mélanges finis pour assurer une bonne résistance du film de roulement, pour prévenir les éraflures et pour réduire la consommation d'huile.
Viscosité Brookfield Base de la méthode ASTM D 2983 ; utilisée pour mesurer la viscosité à basse température des lubrifiants. Calcule le couple nécessaire pour faire tourner une broche à une vitesse constante dans de l'huile à une température donnée.
Lubrification centralisée Lubrification via un emplacement central qui fournit une quantité dosée de lubrifiant.
Lubrification par circulation Une méthode de lubrification impliquant une pompe qui fait recirculer le lubrifiant.
Dégradation par les UV Il s'agit de la perte progressive des performances d'une machine ou d'un lubrifiant.
Détergent Un additif ou un lubrifiant composé qui maintient en suspension des matières insolubles, empêchant leur dépôt là où elles pourraient être nuisibles.
Lubrification élastohydrodynamique Il est courant que les interfaces tribologiques soient soumises à des charges et des pressions très élevées. En conséquence, les corps eux-mêmes se déforment élastiquement, ce qui facilite le glissement aux interfaces lubrifiées. L'épaisseur du film résulte à la fois de la déformation élastique des corps et de l'écoulement hydrodynamique du fluide.
Perte d'évaporation Résultant de l'exposition de l'huile à des températures élevées pendant une durée déterminée. L'huile doit s'évaporer le moins possible proportionnellement à son poids.
Lubrification d'urgence Les lubrifiants solides sont utilisés lorsque l'huile et la graisse ne fournissent pas une lubrification adéquate.
EP lubrifiants Ces lubrifiants sont conçus pour résister à des pressions élevées et à l'usure. Ils sont fabriqués avec des additifs spécifiques.
Additif pour pression extrême (EP) Additif qui permet aux surfaces métalliques coulissantes de rester lubrifiées sous une pression extrême. Ils sont fabriqués à partir de composés réactifs de soufre, de chlore ou de phosphore.
Friction En termes simples, la friction est une résistance au mouvement. Les matériaux, les géométries et les caractéristiques de surface des corps en contact déterminent le degré de résistance, tout comme les conditions de fonctionnement et l'environnement. Afin de maximiser l'efficacité d'un composant ou d'un processus, il est souvent souhaitable de minimiser le frottement.
Corrosion par piqûres Le micro-frottement se produit sur les pièces soumises à des vibrations. Il en résulte la formation de rouille et de particules d'acier abrasives, ou fretting.
Fluide résistant au feu Un lubrifiant utilisé dans les applications hydrauliques à haute température ou dangereuses. Les trois types de fluides ignifuges les plus courants sont les émulsions eau-huile de pétrole, les fluides eau-glycol et les fluides non aqueux de faible volatilité.
Renforçateurs de film La capacité d'un lubrifiant à empêcher les pièces métalliques d'être éraflées ou rayées.
Lubrification de l'alimentation en force Un système de lubrification dans lequel le lubrifiant est appliqué sous pression sur la surface du roulement.
Lubrification par film plein Un film lubrifiant continu qui sépare complètement deux surfaces, par opposition à la lubrification limite.
Graphite Une forme cristalline de carbone avec une structure laminaire qui est utilisée comme lubrifiant. Il peut s'agir d'un matériau de type naturel ou synthétique.
Lubrification hydrostatique Une méthode de lubrification dans laquelle les lubrifiants sont fournis sous une pression externe suffisante pour former un film fluide entre des surfaces opposées.
Lubrifiant pour engrenages hypoïdes Lubrifiant pour engrenages avec des caractéristiques de pression extrême destiné à être utilisé avec des engrenages hypoïdes, comme dans les différentiels.
ISO 8140 Organisation internationale de normalisation
Grade de viscosité ISO Un nombre indiquant la viscosité nominale d'un lubrifiant fluide industriel à 40°C, tel que défini par la norme ISO 3448.
Journal Décrit la partie d'un arbre ou d'un essieu qui tourne ou oscille dans ou contre un roulement ou autour duquel un roulement tourne ou oscille.
Roulement à billes Roulements qui se déplacent de manière rotative ou oscillante en liaison avec les tourillons. La surface d'appui d'un palier lisse plein ou à manchon a une étendue de 360°. Un palier partiel a une surface d'appui dont l'étendue est inférieure à 360°.
Viscosité cinématique Le temps nécessaire pour qu'une quantité fixe d'une huile s'écoule dans un tube capillaire sous l'effet de la gravité.
Lubrifiants Le lubrifiant est principalement utilisé pour réduire la friction et l'usure entre deux surfaces de glissement. En outre, ils transportent la chaleur et les contaminants loin de l'interface. La plupart des lubrifiants se composent d'une huile ou d'une graisse et de produits chimiques, appelés additifs, qui améliorent les performances de l'huile ou de la graisse. Les lubrifiants peuvent également être des gaz ou des solides, selon l'application.
Capacité de charge La capacité d'un lubrifiant à former un film sur une surface lubrifiée qui résiste à la rupture dans certaines conditions de charge. Il s'agit de la charge maximale que le système lubrifié peut supporter sans défaillance ou usure excessive.
Lubricité Efficacité d'une huile ou d'une graisse en tant que lubrifiant ; également appelée résistance du film.
Moly Lubrifiant solide et réducteur de friction constitué de bisulfure de molybdène dispersé dans certaines huiles et graisses ou utilisé seul.
Micron Un micron correspond à 0,0001 centimètre. La taille des contaminants est généralement décrite en microns. Un micron est représenté par un µm
Fluide newtonien La viscosité d'un fluide à une température donnée est constante, quel que soit le taux de cisaillement. Les huiles monogrades sont des fluides newtoniens. Les huiles multigrades sont des fluides non newtoniens car leur viscosité varie en fonction du taux de cisaillement.
Pilosité Un lubrifiant qui produit un faible frottement dans des conditions de lubrification limite. Lorsque la friction diminue, le caractère gras augmente.
Stabilité à l'oxydation La capacité d'un lubrifiant à résister à la dégradation naturelle au contact de l'oxygène.
Composé polaire Composés dont les molécules présentent des caractéristiques électriquement positives à une extrémité et négatives à l'autre. La polarité d'une molécule lui confère une grande affinité pour les surfaces solides ; ces molécules agissent comme des additifs lubrifiants (agents huileux), formant un film tenace qui réduit les frottements. Ils jouent le rôle d'émulsifiants dans les lubrifiants, contribuant à la formation d'émulsions huile-eau stables en étant solubles dans l'huile d'un côté et dans l'eau de l'autre. Ces lubrifiants sont décrits comme ayant de bonnes propriétés de mouillage des métaux.
Maintenance proactive La détection et la correction routinières des causes profondes qui conduiraient autrement à une défaillance, un type de maintenance conditionnelle. Les niveaux élevés de contamination des lubrifiants, l'alignement et l'équilibre sont parmi les causes fondamentales les plus critiques.
Lubrifiant par un anneau d'huile. Système de lubrification dans lequel le lubrifiant est amené au roulement par un anneau d'huile.
Rugosité de la surface : La rugosité de surface de deux corps peut avoir un grand impact sur les interfaces de glissement. La rugosité d'une surface est généralement mesurée à l'aide de la profilométrie. La rugosité affecte le frottement et l'usure différemment selon le type de glissement.
Stick-slip Plus précisément, cela se produit lorsque l'effet lubrifiant est insuffisant pour les applications à vitesse lente. Pendant les premières étapes du processus, la friction est plus élevée, et à mesure que la vitesse du processus augmente, la friction diminue.
Particules d'éraflures En raison d'une rupture complète du film lubrifiant, il en résulte des particules métalliques tordues et décolorées.
Lubrification par éclaboussures Dans un système de lubrification, les pièces d'un mécanisme plongent dans le lubrifiant et l'éclaboussent sur elles-mêmes ou sur d'autres mécanismes.
Lubrifiant synthétique Synthétisé chimiquement plutôt qu'extrait ou raffiné du pétrole pour produire un composé aux propriétés prévisibles.
Solvents Substances qui peuvent dissoudre d'autres substances sans modifier leur composition chimique.
Huiles synthétiques Ces huiles sont issues de réactions chimiques. En augmentant la résistance chimique ou en améliorant la relation température-viscosité, leurs propriétés peuvent être adaptées à l'application.
Stabilité thermique La capacité du carburant ou du lubrifiant à résister à l'oxydation dans des conditions de haute température.
Lubrification par film plein Condition de lubrification dans laquelle le frottement entre les surfaces dépend à la fois des propriétés des surfaces et de la viscosité du lubrifiant.
Thixotropy La propriété d'une graisse lubrifiante se manifeste par un ramollissement de la consistance après le cisaillement, suivi d'un durcissement de la consistance après l'arrêt du cisaillement.
Tribologie Étude de la lubrification, de la friction et de l'usure des surfaces en mouvement relatif.
Usure tribologique L'usure tribologique résulte d'un mouvement relatif à la surface d'un objet.
VCI (inhibiteur de la phase vapeur) Les propriétés anticorrosives sont améliorées grâce à l'utilisation de cet additif durable.
Viscosimètre ou Viscosimètre Appareil utilisé pour déterminer la viscosité d'un fluide.
Viscosité Une mesure de la résistance à l'écoulement d'un fluide
Viscosité - absolue Rapport entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement d'un fluide. Généralement exprimée en centipoises
Viscosité - cinématique Elle est mesurée comme la différence entre la viscosité absolue et la densité du fluide. Généralement, elle est exprimée en centistokes.
Viscosité - SUS Les secondes universelles Saybolt (SUS) sont le nombre de secondes nécessaires pour que 60 millilitres d'huile s'écoulent à travers un orifice standard à une température spécifiée.
Grade de viscosité Système permettant de définir les lubrifiants en fonction de leur viscosité pour des applications spécifiques, telles que les huiles industrielles, les huiles pour engrenages, les huiles pour moteurs automobiles, les huiles pour engrenages automobiles et les huiles pour moteurs à pistons d'avions.
Indice de viscosité (VI) Mesure de la variation de la viscosité d'un fluide en fonction de la température. Lorsque l'indice de viscosité est élevé, la variation relative de la viscosité en fonction de la température est plus faible.
Améliorants de l'indice de viscosité Additifs augmentant la viscosité des fluides dans toute leur gamme de températures utiles. Les additifs sont des polymères ayant un poids moléculaire élevé et un pouvoir épaississant, qui sont nécessaires à la formulation d'huiles moteur multigrade.
Modificateur de viscosité Un additif pour lubrifiant, généralement un polymère de poids moléculaire élevé, qui réduit la tendance de la viscosité d'une huile à changer avec la température.
Visqueux Un liquide avec une viscosité. Un liquide avec une viscosité. Souvent utilisé comme synonyme de haute viscosité.
Portez L'usure est une perte de matériaux, généralement causée par le glissement. Il n'est généralement pas souhaitable que l'usure se produise, car elle peut accroître la friction et entraîner la défaillance du composant. L'usure peut être minimisée en utilisant un lubrifiant pour séparer les deux corps afin qu'ils ne se touchent pas directement.
Huile blanche L'huile est hautement raffinée pour éliminer les composants imprévisibles. L'huile minérale paraffinique est son principal composant, et elle est surtout utilisée à des fins médicales.
ZDDP (dialkyldithiophosphate de zinc) Généralement présent dans les fluides hydrauliques et lubrifiants, cet additif est utilisé pour prévenir l'usure.

Dans cette série de trois articles, nous examinons trois parties principales de la tribologie et l'application de la tribologie en mécanique.

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