Les fondements de la tribologie, partie 3 : Termes, normes et essais en 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 d'une manière significative qui leur permettra d'affecter le lubrifiant à une application spécifique telle que les roulements, les systèmes d'engrenage, les pompes, etc.

L'article explore les 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 lorsque l'on travaille avec des systèmes tribologiques.

Il s'agit de la troisième partie d'une série de trois articles consacrés aux trois principaux aspects de la tribologie et à l'application de la tribologie à la mécanique :

• Première partie : ​Les bases des tribosystèmes
• Partie 2 : Un regard approfondi sur la lubrification
• Troisième partie : Normes, essais et classification en tribologie

Table des matières

• Méthodes d'essai et normes internationales en tribologie
• Terminologie importante de la tribologie

Méthodes d'essai et normes

Afin de s'assurer de la qualité et de l'utilité d'un lubrifiant, différents 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 à l'aide de différents instruments de mesure en fonction du type de produit. Un viscosimètre à bille tombante 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 également intéressante, afin d'évaluer la chute de la viscosité à des températures plus élevées.

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'enflamme 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'éclair. Deux tests sont disponibles, les creusets fermés (selon la norme DIN ISO 2592) ou les creusets ouverts (selon la norme ISO 1523:2002), également connus sous le nom de tests de la coupelle ouverte ou de la coupelle fermée. Ce test est important en tribologie car un frottement élevé provoque généralement un développement de chaleur extrême.

Test de friction des fils

Un banc d'essai pour vis est utilisé pour déterminer le frottement du filetage. 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, en particulier pour les composants métalliques dans les applications, est la manière dont ils sont affectés par la corrosion. La lubrification offre un degré élevé de protection contre la corrosion, dont l'importance 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 humide ou sèche dans des conditions ambiantes définies et dans un environnement protégé. Une période de temps spécifique est requise pour l'exposition à l'eau de condensation. Ces tests permettent de tirer des conclusions précises sur le comportement et les performances de la protection contre la corrosion. Ces tests permettent également d'identifier d'éventuels défauts dans un revêtement.

Les essais au brouillard salin sont réalisés dans des conditions similaires. Ce test simule un climat salin. Les plaques revêtues sont exposées à un brouillard salin défini conformément à la norme ISO 9227. On vérifie après combien d'heures des traces de rouille apparaissent et quel est le degré de protection du lubrifiant contre la corrosion.

Tests de cohérence

Les pénétromètres mesurent la consistance de la graisse lubrifiante conformément à la norme ISO 2137, la graisse étant travaillée avant la mesure afin de simuler les contraintes exercées sur les roulements. En fonction 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). Se référer 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 par engrenage
00	400-430	Graisses et huiles fluides	Systèmes de lubrification centralisée, Systèmes de lubrification par engrenage
0	355-385	Graisses fluides	Systèmes de lubrification centralisée, Systèmes de lubrification par engrenage
1	310-340	Graisses molles	paliers lisses, roulements, pompes à eau
2	265-295	Graisses molles	paliers lisses, roulements, pompes à eau
3	220-250	Graisses molles	paliers lisses, roulements, pompes à eau
4	175-205	Graisses molles	paliers lisses, roulements, pompes à eau
5	130-160	Graisses dures	Graisses d'étanchéité, graisses de blocage
6	85-115	Graisses dures	Graisses d'étanchéité, graisses de blocage

Test de comportement de rupture

Ce test est réalisé principalement pour les pâtes de fixation et de vissage utilisées dans des applications à haute température. Une fixation est lubrifiée et serrée à 40 ou 70 Newton-mètres. Ensuite, l'élément de fixation est soumis à des températures comprises entre 200°C (392°F) et 650°C (1202°F) 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 à l'aide 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 (37°F). Le point d'écoulement est la température la plus basse à laquelle on observe un mouvement ("écoulement" ou "flux") d'un échantillon. Les tests de ce type sont particulièrement utiles pour les lubrifications effectuées dans des zones de stockage à froid, dans des climats froids, etc.

Press-fit-test

L'essai Press-fit examine le comportement et l'adhérence des lubrifiants solides sous très haute pression et à faible vitesse de glissement. Ce test mesure le coefficient de frottement et détermine 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 conventionnels comme épaississants, c'est le changement d'état typique. Les graisses contenant des épaississants autres que les savons conventionnels 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 du banc d'essai à quatre balles

Le banc d'essai à quatre billes est un dispositif d'essai des lubrifiants utilisé pour les pressions de surface élevées dans la plage 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 du contrôle de la capacité de charge maximale du lubrifiant, une force d'essai est exercée sur la bille en mouvement. Cette force est augmentée par étapes jusqu'à ce que le système à quatre billes soit soudé sous l'effet de la chaleur de frottement produite. Le test 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 quantités 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.

Essai 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. Ces valeurs sont très importantes car elles déterminent la durée de vie de la protection contre la corrosion.

Terminologie importante de la tribologie

Le tableau ci-dessous présente les termes qui trouvent leur origine dans la tribologie et la lubrification.

Additifs	Les lubrifiants utilisent des additifs pour améliorer des propriétés spécifiques, telles que les propriétés anticorrosion.
Vieillissement	Se réfère à la modification des substances au niveau chimique. Le temps d'utilisation, la lumière, l'air moyen, la chaleur, etc. sont des facteurs de vieillissement.
Lubrification limite	Lubrification entre deux surfaces de frottement qui n'implique pas la formation d'un film lubrifiant complet.
Stock brillant	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 des lubrifiants à basse température. Calcule le couple nécessaire pour faire tourner une broche à vitesse constante dans de l'huile à une température donnée.
Lubrification centralisée	Lubrification par l'intermédiaire d'un point central qui fournit une quantité mesurée de lubrifiant.
Lubrification par circulation	Méthode de lubrification impliquant une pompe qui fait recirculer le lubrifiant.
Dégradation	Il s'agit de la perte progressive de performance d'une machine ou d'un lubrifiant.
Détergent	Un additif ou un lubrifiant composé qui maintient les matières insolubles en suspension, empêchant leur dépôt là où elles pourraient causer des dommages.
Lubrification élastohydrodynamique	Il est fréquent que les interfaces tribologiques soient soumises à des charges et à des pressions très élevées. En conséquence, les corps eux-mêmes se déforment de manière élastique, 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 par évaporation	Résulte 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 n'assurent pas une lubrification adéquate.
Lubrifiants EP	Ces lubrifiants sont conçus pour résister aux pressions élevées et à l'usure. Ils sont fabriqués avec des additifs spécifiques.
Additif extrême pression (EP)	Additif qui permet aux surfaces métalliques glissantes 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, le frottement 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 les frottements.
Corrosion de contact	La micro-friction 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	Lubrifiant utilisé dans les applications hydrauliques à haute température ou dangereuses. Les trois types les plus courants de fluides résistants au feu sont les émulsions eau-huile de pétrole, les fluides eau-glycol et les fluides non aqueux de faible volatilité.
Résistance du film	La capacité d'un lubrifiant à empêcher les pièces métalliques d'être éraflées ou rayées.
Lubrification de l'alimentation forcée	Système de lubrification dans lequel le lubrifiant est appliqué sous pression sur la surface du roulement.
Lubrification par film fluide complet	Un film lubrifiant continu qui sépare complètement deux surfaces, par opposition à la lubrification de frontière.
Graphite	Forme cristalline de carbone à structure laminaire utilisée comme lubrifiant. Il peut s'agir d'un matériau naturel ou synthétique.
Lubrification hydrostatique	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 d'extrême pression destiné à être utilisé avec des engrenages hypoïdes, comme dans les différentiels.
ISO	Organisation internationale de normalisation
Grade de viscosité ISO	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.
Palier-journal	Roulements qui se déplacent de façon rotative ou oscillante en liaison avec des tourillons. La surface d'appui d'un palier libre ou d'un palier lisse a une extension de 360°. Un palier partiel a une surface d'appui dont l'étendue est inférieure à 360°.
Viscosité cinématique	Temps nécessaire pour qu'une quantité fixe d'huile s'écoule dans un tube capillaire sous l'effet de la gravité.
Lubrifiants	Le lubrifiant est principalement utilisé pour réduire le frottement 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 sont composés d'huile ou de 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 sous certaines conditions de charge. Il s'agit de la charge maximale que le système lubrifié peut supporter sans défaillance ni usure excessive.
Lubrification	Efficacité d'une huile ou d'une graisse en tant que lubrifiant ; également appelée résistance du film.
Moly	Lubrifiant solide et réducteur de friction à base de disulfure 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 exprimée en microns. Un micron est représenté par 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.
L'huile	Un lubrifiant qui produit un faible frottement dans des conditions de lubrification limite. Lorsque le frottement diminue, l'huile augmente.
Stabilité à l'oxydation	Capacité d'un lubrifiant à résister à la dégradation naturelle au contact de l'oxygène.
Composé polaire	Composés dont les molécules présentent des caractéristiques électriques 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 d'huilage), formant un film tenace qui réduit les frottements. Ils agissent comme émulsifiants dans les lubrifiants, aidant à former des émulsions huile-eau stables en étant solubles dans l'huile à une extrémité et solubles dans l'eau à l'autre. Ces lubrifiants sont décrits comme ayant de bonnes propriétés de mouillage des métaux.
Maintenance proactive	La détection et la correction systématiques des causes profondes des conditions qui conduiraient autrement à une défaillance, un type de maintenance basée sur l'état. Les niveaux élevés de contamination des lubrifiants, l'alignement et l'équilibre figurent parmi les causes profondes les plus critiques.
Lubrification de la bague	Système de lubrification dans lequel le lubrifiant est fourni au roulement par une bague à huile.
Rugosité de la surface	La rugosité de la surface de deux corps peut avoir un impact important sur les interfaces de glissement. La rugosité d'une surface est généralement mesurée par 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 du lubrifiant est insuffisant pour les applications à faible vitesse. Au cours des premières étapes du processus, le frottement est plus élevé, et au fur et à mesure que la vitesse du processus augmente, le frottement diminue.
Particules de frottement	La rupture complète du film lubrifiant entraîne la formation de particules métalliques tordues et décolorées.
Lubrification par éclaboussures	Dans un système de lubrification, les pièces d'un mécanisme plongent dans le lubrifiant et s'en aspergent ou en aspergent d'autres mécanismes.
Lubrifiant synthétique	Synthèse chimique plutôt qu'extraction ou raffinage à partir du pétrole pour produire un composé aux propriétés prévisibles.
Solvants	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	Capacité du carburant ou du lubrifiant à résister à l'oxydation dans des conditions de température élevée.
Lubrification en couche mince	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, du frottement 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 phase vapeur)	Les propriétés anticorrosives sont améliorées par l'utilisation de cet additif durable.
Viscosimètre ou Viscosimètre	Appareil utilisé pour déterminer la viscosité d'un fluide.
Viscosité	Mesure de la résistance d'un fluide à l'écoulement
Viscosité absolue	Rapport entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement d'un fluide. Généralement exprimé en centipoises
Viscosité cinématique	Elle est mesurée par la différence entre la viscosité absolue et la densité du fluide. Elle est généralement exprimée en centistokes.
Viscosité- SUS	Les secondes universelles de Saybolt (SUS) correspondent au nombre de secondes nécessaires pour que 60 millilitres d'huile s'écoulent à travers un orifice standard à une température donnée.
Grade de viscosité	Système de définition des 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 la plage de température utile. Les additifs sont des polymères ayant un poids moléculaire élevé et un pouvoir épaississant, qui sont nécessaires à la formulation d'huiles moteur multigrades.
Modificateur de viscosité	Additif pour lubrifiant, généralement un polymère de poids moléculaire élevé, qui réduit la tendance à la variation de la viscosité de l'huile en fonction de la température.
Viscous	Un liquide ayant une viscosité. Un liquide ayant une viscosité. Souvent utilisé comme synonyme de haute viscosité.
Porter	L'usure est une perte de matériaux, généralement causée par le glissement. L'usure n'est généralement pas souhaitable car elle peut augmenter le frottement et entraîner une 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 principalement utilisée à des fins médicales.
ZDDP (dialkyldithiophosphate de zinc)	Habituellement présent dans les fluides hydrauliques et lubrifiants, cet additif est utilisé pour prévenir l'usure.

Il s'agit de la troisième partie d'une série de trois articles consacrés aux trois principaux aspects de la tribologie et à l'application de la tribologie à la mécanique :

• Première partie : Les bases des tribosystèmes
• Partie 2 : Un regard approfondi sur la lubrification
• Troisième partie : Normes, essais et classification en tribologie