Définition des types d’endommagement des plaquettes WC-6%Co lors d’une opération de

Les différents essais et analyses établis dans ce travail de thèse ont orienté l’identification de l’usure des outils WC-6%Co, plus spécifiquement dans la surface d’usure en cratère

3.1 Températures de la surface du cratère

La Fig. 4. 7 présente une cartographie de la température au niveau de la face de coupe, pour une durée d’usinage de 5 secondes. Ces résultats ont été obtenus selon la démarche de modélisation considérée au chapitre 3. Deux profils de température sont tracés suivant les deux segments matérialisés sur la cartographie, segments perpendiculaires à l’arête de coupe. Le premier segment se situe au niveau du raccordement entre l’arête de coupe et le bec, le second se situe à 0,6mm de ce même raccordement. Chaque profil permet de visualiser la décroissance de la température au fur et à mesure de l’éloignement de l’arête de coupe. De plus, la considération de ces deux profils permet de visualiser les bornes supérieures et inférieures de températures vues par le matériau au niveau de la face de coupe, dans la zone située dans la continuité de l’arête de coupe.

Les résultats des estimations réalisées par simulation numérique montrent donc que les niveaux de température varient entre 1280°C et 650°C pour l’ensemble de la cartographie avec des températures situées dans la gamme 1150°C-900°C au niveau du profil n°1 et dans la gamme 980°C-760°C au niveau du profil n°2.

Fig. 4. 7 Cartographie et profils de température au niveau de la face de coupe de l’outil pour les conditions d’usinage : Vc = 400 m/min, f = 0,1 mm/tr, ap = 1,1 mm, t = 5 s.

3.2 Types d’endommagement observés au niveau de la surface du cratère

Les Fig. 4. 8Y-^ regroupent des exemples de micrographies de la surface du cratère dans les zones définies sur la Fig. 4. 8X.

Dans la zone 1, plusieurs modes d’endommagement sont observés. La structure des grains de WC apparaît désorganisée (Fig. 4. 8Y) et cette désorganisation s’accompagne de la présence de microfissures entre des grains de WC (Fig. 4. 8Y). De multiples décohésions entre les grains de WC sont ainsi mises en évidence. Il faut souligner que ces décohésions s’étendent sur des distances équivalentes à plusieurs grains, prenant ainsi un caractère de microfissuration intergranulaire. Par ailleurs, des mécanismes intragranulaires sont également mis évidence. Ainsi des marches de déformation plastique résultants de glissements intragranulaires selon des plans cristallographiques des monocristaux de WC sont régulièrement observées au niveau de la surface du cratère (Fig. 4.

8p). À ces types d’endommagement viennent s’ajouter l’observation fréquente de microfissures intragranulaires (Fig. 4. 8[). Des sites au niveau desquels des fragments de WC ont été arrachés sont également mis en évidence (Fig. 4. 8\) ainsi que des zones limitées en taille dans lesquelles du transfert est présent. Concernant ce transfert, son épaisseur est telle que la fissuration intragranulaire sous-jacente laisse supposer que lui-même est micro-fissuré (Fig. 4. 8Y).

Dans la zone 2, les types d’endommagement mis évidence sont identiques à ceux décrits pour la zone 1 mais sont moins nombreux. Ils se limitent à l’observation de marches de glissement intragranulaires, de microfissures intragranulaires, de sites d’arrachement de fragments de WC et à du transfert en plus forte quantité qu’en zone 1. Il faut aussi souligner la présence de micro-stries d’abrasion (stries dans la direction du défilement du copeau) à l’échelle du grain, telles qu’illustrées en Fig. 4. 8s.

Dans la zone 3, c’est le transfert, établi sous forme de couches successives, qui est l’élément dominant de la surface du cratère (Fig. 4. 8^).

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Fig. 4. 8 : Micrographies de la surface du cratère d’une plaquette après usinage sous les conditions : (Vc = 400 m/min, f = 0,1 mm/tr, ap = 1,1 mm, t= 15s) : X- Vue générale, Y à ^ Vues de détails des zones 1, 2 et 3.

Le Tableau 4. 2 reprend sous forme qualitative et synthétique le bilan des types d’endommagement ainsi identifiés pour chacune des trois zones.

Tableau 4. 2 : Récapitulatif qualitatif des types d’endommagement identifiés à partir des observations MEB de la surface du cratère des plaquettes de coupe

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Désorganisation du réseau de grain de WC X

Microfissuration intergranulaire X

Marches de glissement intergranulaire X X Microfissuration intragranulaire X X Site d’arrachement de fragments de WC X X Micro-stries d’abrasion des grains WC X

Transfert X X X (dominant)

Les Fig. 4. 9Y-] correspondent à des micrographies en coupe au niveau de la surface du cratère dans les zones définies sur la Fig. 4. 9X. Pour les zones A, B et C, elles ont été réalisées dans la zone 2 (Fig.4.8X) et pour la zone D, la micrographie a été réalisée dans la zone 3 (Fig.4.8X). Ces micrographies MEB confortent et complètent les types d’endommagement du WC-6%Co identifiés à partir de l’observation de la surface du cratère. Les phénomènes de microfissuration intragranulaire et de décohésion entre grains de WC sont ainsi également observés en sous-couche, sous l’interface outil/copeau (Fig. 4. 9 Y). Dans le cas particulier de la Fig. 4. 9 Z, il est possible de visualiser un fragment de WC en phase d’arrachement et de décohésion par rapport au WC-6%Co de la plaquette. Les Fig. 4. 9Y et Fig. 4. 9q mettent en évidence la présence de fragments de WC dans la couche de transfert. Ces dernières micrographies démontrent que des phénomènes d’arrachement de fragments de WC et de circulation de ces fragments au niveau de l’interface outil/copeau sont actifs lors du processus de coupe et que la couche de transfert peut très bien participer à leur circulation dans le contact, en étant une possibilité de transport de ces fragments à l’intérieur du contact. Enfin, la Fig. 4. 9\ confirme la présence d’une couche épaisse de transfert en sortie de contact, zone de séparation outil/copeau.

Fig. 4. 9 : Micrographies MEB au niveau de la surface du cratère d’une plaquette (Vc = 400m/min, f = 0,1 mm/tr, ap = 1,1 mm, t = 4 s.) : X- Vue générale, Y à \- Vues de détails des zones A à D.

Une analyse chimique par spectrométrie en dispersion de longueur d’onde (spectrométrie WDS) a été réalisée à l’interface WC-6%Co/Couche-d’adhésion dans la zone de forte adhésion de la Fig. 4. 9\ (zone D). La Fig. 4. 10 regroupe les cartographies des éléments chimiques fer, 184

tungstène, cobalt et oxygène dans cette zone. De manière qualitative, l’augmentation de la densité de pixels blancs dans une image indique une augmentation de la teneur dans l’élément considéré. La position de l’interface entre la couche d’adhésion et le WC-6%Co est matérialisée par un trait en pointillés

Le transfert apparaît très riche en fer (Fig. 4. 10X) et comme contenant une faible quantité d’oxygène (Fig. 4. 10Y). Pour une quantité aussi faible de pixels relatifs à la présence d’oxygène, il peut être confirmé que c’est bien un transfert d’acier provenant du copeau qui est visualisé et non pas une adhésion de couches d’oxydes de fer issues de débris de fer oxydés. La Fig. 4. 10Z montre une zone très riche en carbure de tungstène qui est limitée à la plaquette. Il n’est ainsi pas mis en évidence de diffusion de cet élément (W) dans la couche de transfert. La Fig. 4. 10[ permet de constater que le cobalt est concentré dans les plages de liant du WC-6%Co. À nouveau, le résultat d’une possible diffusion du cobalt vers le transfert n’est pas perceptible dans cette zone D.

Fig. 4. 10 : Cartographies, obtenues par spectrométrie WDS, des éléments Fe, Co, W et O à l’interface WC-6%Co/tranfert de la Fig. 4. 9] (zone 3 du cratère).

À la lumière de l’exemple qui vient d’être considéré, les analyses physico-chimiques réalisées en spectrométrie EDS et WDS n’ont pas permis de mettre en évidence l’existence d’un phénomène de diffusion. Il faut signaler que la technique d’analyse par la spectrométrie en dispersion d’énergie (EDS) est peu appropriée à ce cas précis du fait de la superposition des pics du fer et du cobalt. La détection de Co dans le transfert est donc difficile. Concernant la technique de WDS, une des limitations fortes est liée à la résolution spatiale de l’équipement utilisé. L’analyse présentée ici a été possible car la couche de transfert est très épaisse dans la zone 3. En conséquence, il est difficile de confirmer ou d’infirmer le rôle de la diffusion dans les mécanismes d’usure identifiés précédemment.

4 Définition des types d’endommagement des pions WC-6%Co lors des