Analyse de l’usure sur les coussinets

Du fait de leur inscrutabilité et de leur fusibilité, l’analyse des coussinets offre souvent des indices essentiels à la compréhension des phénomènes tribologiques au sein des paliers. Ces analyses permettent de contrôler indirectement la pollution de l’huile, les défauts de montage, les anomalies de formes (circularité, rectitude, etc.) ainsi que les dysfonctionnements machine [130].

V.2.3.a. Modes d’usure

La face active des coussinets triple couches (bronze, argent, bismuth) utilisés ici est extrêmement tendre et donc très marquée par l’usure. On constate trois modes d’usure :

 l’usure adhésive, très fréquente. Elle se manifeste par un aplatissement plastique progressif des sillons de microboring. Contrairement à l’usure adhésive des portées, on ne distingue pas ici de « vaguelette » (Figure V.17.1).

 l’usure combinée adhésive suite au transfert de bismuth, fréquente et spécifique aux textures hybrides à cavités profondes. Ce type très particulier d’usure est la conséquence, sur le coussinet, du phénomène de transfert de bismuth observé en Figure V.16. Le bismuth transféré dans les cavités adhère au bismuth du coussinet, il se forme alors, ponctuellement et localement, des soudures adhésives (le bismuth étant soluble dans lui-même) qui finissent par se rompre par rupture cohésive en arrachant, en sous couche et de manière discontinue, une certaine quantité de bismuth du coussinet. On distingue nettement en Figure V.17.3 la présence de ces arrachements, dont la largeur (30 µm) est égale au diamètre des cavités des textures hybrides.  l’usure abrasive, très peu fréquente dans le cas des textures toilées et très fréquente dans le cas

des textures hybrides. Comme pour les portées, elle se manifeste par la génération de sillons parallèles au déplacement (Figure V.17.3). Au vue des analyses MEB, il semblerait que la

148 présence des cavités favorise ce mode d’usure. Physiquement, il se pourrait que celles-ci piègent certaines particules solides et entraînent ainsi l’initiation de l’abrasion.

1 2

3 4

Figure V.17 : Les principaux modes d’usure observés sur les coussinets après les essais de grippage en chargement statique, aspect général (1), adhésion (2), arrachements (3), abrasion (4)

Il est intéressant de noter l’absence d’usure érosive sur les coussinets. Du fait de la tendreté des matériaux, il se pourrait que ce phénomène ponctuel existe mais qu’il soit rapidement dissimulé par l’aplatissement plastique continu du bismuth par usure adhésive.

V.2.3.b. Modifications texturales

L’analyse des coussinets montre que toutes les portées sont parties en grippage sur la couche sacrificielle de bismuth. L’enlèvement de matière, quoique négligeable, se concentre visuellement au milieu et dans une zone angulaire bien précise. La quantification précise de l’enlèvement de matière sur la circonférence du coussinet indique que seuls quelques microns ont été retirés localement, dans un secteur angulaire compris en 60° et 150°. On remarque que les coussinets ayant été en contact avec les textures hybrides apparaissent plus profondément usés (Figure V.18.3 et Figure V.18.4), ce qui semble confirmer l’agressivité, en régime mixte, de ce genre de texture. En toute logique, avec les tendances

149 précédemment observées (précocité du grippage et phénomène de transfert), on note que l’usure croît sensiblement avec la profondeur des cavités.

Textures toilées Textures hybrides

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Figure V.18 : Enlèvement de matière moyen sur les coussinets après les essais de grippage en chargement statique, paramétrage angulaire (1) (2), pour des textures toilées (3), pour des textures

hybrides (4)

Une analyse plus détaillée des faces et des profils le long de la circonférence nous a permis d’apprécier l’évolution morphologique de la surface et les possibles transformations en sous-couches (Figure V.19). En totale correspondance avec les mesures d’enlèvement de matière, on remarque que la zone comprise entre 90° et 135° (Figure V.19.7 et Figure V.19.10) est la plus touchée alors que les extrémités sont épargnées de toute usure (Figure V.19.1 et Figure V.19.13). Excepté les modes d’usure habituels, on note, dans la zone de charge, la présence de fines fissures dans la couche sacrificielle de bismuth. Ce phénomène de fissuration reste toutefois marginal au vue de l’ensemble des analyses MEB qui ont été réalisées.

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Face x500 Profil x300 Profil x1500

1 2 3 0° 4 5 6 4 5 ° 7 8 9 9 0 ° 10 11 12 1 3 5 ° 13 14 15 1 8 0 °

Figure V.19 : Évolution de l’usure coussinets le long de la demi-circonférence après les essais de grippage en chargement statique

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V.2.4. Conclusion

Les essais réalisés ici sont riches en résultats et nous ont permis de révéler l’effet textural sur le comportement en « grippage début de vie » des paliers. Dans l’ensemble, et en prenant comme référence la texture actuelle « référence 1 », nous avons remarqué que les textures toilées « référence 2 », « poli miroir », « plateaux/vallées 1 » et « plateaux/vallées 2 » permettaient de repousser sensiblement le grippage, alors que les textures hybrides, en particulier les plus profondes, avaient tendance à le rendre plus précoce. En toute cohérence avec cette dernière observation, nous avons révélé, après analyse de l’usure, la présence d’un transfert de la couche de bismuth dans les cavités les plus profondes des textures hybrides. Ce phénomène, qui pourrait être initié par la présence d’arêtes vives aux bords des cavités, a généré des arrachements récurrents sur les faces actives de coussinets et semble avoir favorisé un enlèvement de matière excessif sur ce dernier. En dehors de la tenue en grippage, nous avons observé un lien étroit entre le frottement en régime hydrodynamique et la capacité de rétention des textures. Nous avons observé que les textures à forte rétention, telles que les textures « plateaux/vallées 2 » ou les textures « hybrides » profondes, présentaient les frottements hydrodynamiques les plus hauts alors que les textures à faible capacité de rétention, telles que les textures « poli miroir » et « plateaux/vallées 1 », présentaient ceux les plus bas.

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