Campagne expérimentale ___________________________________________ 88

La Figure 1 indique les seuils de grippage résultant de la campagne expérimentale selon la

norme ASTM G98, en utilisant systématiquement des plaques en 316L.

Chaque essai a été réalisé trois fois pour les échantillons traités (K33, M et KD) et deux fois

pour les essais non traités.

Figure 1: Seuils de grippage obtenus selon la norme ASTM G98 lors d’’essais réalisés contre une plaque de 316L non traitée

si le pion est non traité, ou traité K33 si le pion est traité K33, M ou KD

Dans le cas des échantillons non traités, on constate que le seuil de grippage est inférieur à la

limite basse de la machine (11 MPa) pour tous les aciers à l’exception du Nitronic60, qui

présente un seuil de grippage de 214 MPa.

Après traitement K33 ou KD, aucune nuance ne grippe à l’issue des essais de grippage réalisés.

Les échantillons traités K33 ou KD présentent donc tous un seuil de grippage supérieur à 350

MPa. Les échantillons traités M présentent une bonne tenue au grippage, bien que légèrement

moindre par rapport aux échantillons traités K33 ou KD : 312 MPa pour le 17-4PH, 322 MPa

pour le Nitronic60 et 257 MPa pour le 316L.

Pour la suite de ce mémoire, on gardera à l’esprit que les échantillons non traités, à l’exception

du Nitronic60, présentent un seuil de grippage inférieur à 11 MPa et sont donc

systématiquement grippés.

En revanche, les échantillons traités K33 ou KD ne grippent pas dans les limites de la machine.

Les échantillons traités M grippent à pression élevée.

L’état de la surface après essai est observé en utilisant la classification proposée par Siefert et

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grippage. Les observations visuelles sont présentées dans le cas des échantillons non traités

(Tableau 3) et traités (Tableau 4). Dans ces tableaux, le rouge indique un grippage marqué,

l’orange un grippage transitoire, le bleu un grippage naissant et le vert l’absence de grippage.

Tableau 3 : Représentation de la sévérité du grippage des nuances à l’état non traité en utilisant la classification proposée

par Siefert et al. [1]. Le rouge représente un grippage marqué, le jaune un grippage transitoire, le bleu la naissance du

grippage et le vert l’absence de grippage.

Tableau 4 : Représentation de la sévérité du grippage des nuances après traitement S

3

P en utilisant la classification

proposée par Siefert et al. [1]. Le rouge représente un grippage marqué, le jaune un grippage transitoire, le bleu la

naissance du grippage et le vert l’absence de grippage.

Ces résultats indiquent que, malgré un seuil de grippage similaire en l’absence de traitement,

l’AISI660 et l’Uranus45N présentent à faible pression un grippage moins prononcé que les

nuances de 316L, 316LN et 17-4PH.

Dans le cas d’échantillons traités, le 17-4PH traité M présente un seuil de grippage légèrement

inférieur à celui du Nitronic60 traité M, mais la sévérité du grippage est moindre pour cet acier

que pour le Nitronic60 à pression identique. Ces observations qualitatives seront complétées

tout au long de ce chapitre.

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I.2.Essais de grippage iso-matériaux

Les essais de grippage précédents sont systématiquement réalisés avec une plaque de 316L.

Pour étudier l’effet de la nuance de cette plaque sur la résistance au grippage, des essais ont été

réalisés avec une plaque de même nuance que le pion.

La nuance de Nitronic60 a été sélectionnée pour ces essais en raison du seuil de grippage élevé

de cette nuance, qui est donc plus susceptible de varier que les autres nuances. Les nuances

AISI660 et Uranus45N ont également été sélectionnées en raison de la sévérité du grippage

qualitativement inférieure à celle des autres nuances. Les essais sont réalisés en présence de

traitement ou non (Tableau 5). On rappelle que les aciers 316L et AISI660 sont traités K33, et

que l’Uranus45N est traité KD.

Pour les essais Uranus45N iso-matériaux, l’alternance de phase de la plaque d’Uranus45N est

parallèle à la surface de contact, au contraire du pion.

Tableau 5 : Seuils de grippage du Nitronic60, de l’AISI660 et de l’Uranus45N testés contre une plaque de 316L ou contre le

même matériau que le pion, dans l’état traité ou non traité

A l’état non traité, les couples Nitronic60/Nitronic60 (iso-matériau) et Uranus45N/Uranus45N

présentent un seuil de grippage supérieur à celui du couple Nitronic60/316L et

Uranus45N/316L respectivement. L’AISI660 quant à lui présente un seuil de grippage

équivalent que la plaque soit en 316L ou en AISI660.

Ce constat est contraire à l’idée classiquement reçue selon laquelle l’apparition du grippage est

favorisée lorsque les matériaux en contact sont de composition chimique proche ou d’affinité

chimique importante[2].

On remarque cependant que pour l’AISI660 et l’Uranus45N, la sévérité du grippage est

qualitativement plus importante lors d’essais iso-matériaux que contre une plaque de 316L

(Figure 2). La sévérité du grippage est similaire pour les couples Nitronic60/Nitronic60 et

Nitronic60/316L. L’apparition du grippage est donc légèrement retardée mais la sévérité de

celui-ci est augmentée, probablement du fait de l’affinité chimique supérieure des couples

iso-matériaux.

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Figure 2 : Faciès de la surface des échantillons à pression identique mais avec différentes nuances de plaque. Essai de

grippage réalisé a- avec un pion d’AISI660 et une plaque de 316L (A660-NT-88) et b- dans les mêmes conditions mais avec

une plaque d’AISI660. c- pion en Uranus45N et plaque en 316L (UR-NT-88) et d- dans les mêmes conditions mais avec une

plaque d’uranus45N

Après traitement K33, les couples Nitronic60/Nitronic60 et AISI660/AISI660 ne grippent pas

dans les limites des conditions d’essai.

En revanche, le couple Uranus45N/Uranus45N traité KD présente un seuil de grippage

largement inférieur à celui du couple Uranus45N/316L.

I.3.Axe d’étude choisi

Le Nitronic60 présente un seuil de grippage significativement supérieur à celui des autres

nuances non traitées. Les paramètres affectant le seuil de grippage ne seront pas étudiés en

détail au cours de cette thèse. En revanche, identifier les propriétés (composition chimique,

propriétés mécaniques, microstructure…) pour lesquelles le Nitronic60 se distingue permet

d’orienter les recherches vers les paramètres qui pourraient impacter la sévérité du grippage.

Ce paragraphe n’a donc pas la vocation d’étudier l’impact de diverses propriétés sur la

résistance au grippage mais simplement de mettre en avant les raisons qui nous amènent à

étudier le phénomène de grippage sous l’angle de la microstructure.

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On remarque que la dureté de surface (cf chapitre 2) n’est pas en mesure d’expliquer la

différence de seuil de grippage. De plus, bien que Budinski [3] considère que la tendance au

grippage est augmentée pour un ratio Re/Rm proche de l’unité, nous observons que le

Nitronic60 présente un ratio Re/Rm proche de celui du 316L et inférieur à celui du 316LN.

L’allongement à la rupture est sensiblement supérieur pour le Nitronic60 mais reste proche de

ceux mesurés pour le 316L et 316LN. On n’observe donc pas de corrélation directe entre les

propriétés mécaniques investiguées et les seuils de grippage mesurés.

La composition chimique du Nitronic60 diffère de celle des autres de par un taux de manganèse

et de silicium particulièrement élevé. Selon Schumacher [4], le silicium semble en effet

augmenter le seuil de grippage dans le cas des aciers inoxydables, probablement du fait de la

formation d’oxydes mixtes en surface. Cependant, la caractérisation des oxydes est

difficilement réalisable au vu des moyens expérimentaux à notre disposition. Le choix a donc

été fait de ne pas se concentrer sur l’impact de la composition chimique sur la résistance au

grippage.

Pour finir, on remarque que le Nitronic60 se distingue par une taille de grains importante ainsi

qu’un taux de macles particulièrement élevé. L’étude microstructurale nous parait

particulièrement pertinente et compatible avec les moyens expérimentaux à notre disposition.

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II. Phénomènes observés pour des échantillons non traités

La sévérité du grippage est décrite selon une approche surfacique. Les observations sont

réalisées en se focalisant d’abord sur les échantillons non traités, puis sur les échantillons traités.

Dans le document Grippage des aciers inoxydables : influence de la nature des matériaux, de la microstructure et des traitements thermochimiques de surface (Page 93-98)