Performances tribologiques de la fonte blanche à haute teneur en chrome et de la chaleur

May 31, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9229 (2023) Citer cet article

124 accès

Détails des métriques

Le sulfate de barytine (BaSO4) est considéré comme un matériau minéral très important utilisé comme agent alourdissant pour tous les types de fluides de forage. Pendant ce temps, les concasseurs utilisés pour l'étape de broyage lors du broyage de la barytine sont affectés par des dommages d'usure catastrophiques situés dans les pièces du marteau en fonte blanche à haute teneur en chrome (HCWCI). Dans la présente étude, une comparaison des performances tribologiques entre le HCWCI et l'acier traité thermiquement AISI P20 a été réalisée pour étudier la possible substitution du HCWCI. Le test tribologique a été réalisé sous des charges normales comprises entre 5 et 10 N pendant différentes durées (60, 120, 180 et 240 min). L'analyse de la réponse à l'usure pour les deux matériaux a montré que le coefficient de frottement augmente à mesure que la charge appliquée augmente. De plus, AISI P20 a présenté la valeur la plus faible par rapport à celle attribuée à HCWCI dans toutes les conditions. De plus, l'analyse de la trace d'usure obtenue au moyen de la microscopie électronique à balayage (MEB) a révélé que l'endommagement était un phénomène d'usure abrasive pour HCWCI avec détection d'un réseau de fissures tout au long de la phase carbure, plus prononcé sous la charge la plus élevée. Concernant l'AISI P20, un mécanisme d'usure par abrasion a été détecté, caractérisé par plusieurs rainures et phénomènes de labour. De plus, l'analyse de la piste d'usure à l'aide de la profilométrie 2D a révélé que pour les deux charges, la profondeur d'usure maximale de la piste d'usure HCWCI était significativement supérieure à celle de l'AISI P20. Par conséquent, comparé au HCWCI, l'AISI P20 présente la meilleure résistance à l'usure. De plus, à mesure que la charge augmente, la profondeur d'usure et la surface usée augmentent également. De plus, l'analyse du taux d'usure corrobore les résultats précédents, qui montraient que sous les deux charges, AISI P20 était plus robuste que HCWCI.

Le produit minéral barytine, également connu sous le nom de sulfate de baryum, a la formule chimique "BaSO4". Le nom de cette substance fait référence à son énorme densité. Le mot "barytine" dérive en fait du mot grec "barys", qui signifie "lourd", en raison du poids atomique élevé de l'élément baryum, qui est égal à 4,48 g/cm3 à une température de 26 °C. Le fait que ce produit soit largement consommé dans le monde ne doit pas être négligé. En effet, les secteurs du pétrole et du gaz, qui sont les principales industries d'utilisation de la barytine en raison d'une combinaison peu commune de ses caractéristiques telles que sa haute densité, sa douceur et son inertie chimique, sont les principaux bénéficiaires de cette utilisation mondiale. Les autres applications concernent principalement la radioprotection et l'industrie chimique. Il est important de mentionner ici les étapes nécessaires à la production de poudre de barytine, qui sont illustrées à la Fig. 1. Cependant, en raison du taux de production élevé et des conditions de travail difficiles, divers problèmes mécaniques et tribologiques (Fig. 2) surviennent tout au long de ce processus de broyage, provoquant finalement une défaillance du processus. Ces problèmes entraînent des pertes de temps et d'argent, un ralentissement de la fabrication et une mauvaise qualité du produit final.

Processus de broyage de la barytine.

Processus de concassage : (a) concasseur, (b) marteau avant et après dommage, et (c) dommage d'usure.

Dans le même contexte, plusieurs chercheurs se sont penchés sur l'endommagement des matériaux métalliques1,2,3,4,5. En fait, Arabnejad et al. ont examiné l'effet de la dureté des particules érodantes sur l'acier inoxydable et sont arrivés à la conclusion que le taux d'érosion augmente à mesure que la dureté des particules augmente2. Laguna-Camacho et al. analysé les phénomènes d'érosion de l'inox 304. La réponse à l'usure démontre que le mécanisme d'usure par érosion de l'acier inoxydable 304 peut être décrit par une rupture fragile de plusieurs gros fragments avec un angle d'impact de 90 degrés4.

Cependant, les études de la littérature traitant des dommages dus à l'usure du concasseur dans l'industrie sont rares6,7,8,9,10. Ces derniers7,9 concentrent leur attention sur les dommages dus à l'usure du concasseur utilisé dans l'extraction de l'huile d'olive et l'industrie de la barytine. Une enquête globale des dommages de surface sur le HCWCI utilisé dans les concasseurs de roche de barytine révèle des rainures continues, profondes et larges qui sont séparées par des crêtes provoquées par les débris d'usure générés au contact de la surface. En raison de l'impact continu des particules de barytine sur le marteau, de nombreux cratères et un réseau de fissures sont également observables sur la surface endommagée. De ce fait, il est possible d'en déduire que l'usure résulte à la fois de phénomènes d'abrasion et d'impact9.

De plus, Bahri et al.7 ont rapporté dans leurs recherches sur l'extraction de l'huile d'olive qu'un phénomène d'abrasion et d'usure par impact s'est produit pendant le processus d'extraction en raison des impacts répétés des particules de graines d'olive sur la surface du matériau. En effet, cet endommagement se manifeste par la présence de phénomènes de labour entraînant des enlèvements de matière, des piqûres, ainsi que des sillons qui s'observent à la suite du détachement de gros fragments.

Certains chercheurs ont concentré leurs travaux sur l'étude tribologique des HCWCI. En fait, Scandian et al.11 ont analysé la relation entre la microstructure et le comportement à l'usure de la fonte blanche à haute teneur en chrome à l'aide d'un tribomètre pin-on-disc à température ambiante sous V = 0,31 m/s et F = 20 N. L'analyse des résultats révèle que la microstructure a un effet important sur la résistance à l'usure du matériau. En effet, la perte par usure est plus importante avec une matrice entièrement ferritique que polyphasée. De plus, Fernández et al.12 ont étudié les comportements à l'usure de la fonte blanche à haute teneur en chrome avec une teneur élevée et faible en carbone. Il a été constaté qu'au cours de l'essai d'usure, l'endommagement des deux matériaux commençait au début par un phénomène de déformation plastique dû à la compression de la zone de contact, qui conduisait à l'apparition de plusieurs fissures. Cette dernière conduit à la fragmentation du matériau en petites particules. Aussi, Coronado13 a analysé l'usure de la fonte blanche à l'aide de grains abrasifs d'alumine sous différentes charges appliquées (de 2 à 15 N) à une vitesse constante de V = 66 tr/min. L'étude actuelle démontre que la perte de masse augmente à mesure que la charge normale augmente. De plus, il montre la présence d'une déformation plastique dans la matrice, qui est révélée par l'analyse SEM de la surface usée des éprouvettes longitudinales et transversales.

Il a également été signalé que certaines fissures se produisent dans le carbure M3C forment un angle d'environ 45 degrés avec les rayures lorsque la charge maximale égale à 15 N est appliquée.

D'autres chercheurs ont étudié le comportement à l'usure de l'acier AISI P2014,15. En effet, Lopes et al.14 ont étudié l'usure micro-abrasive de l'acier P20. L'analyse de la marque d'usure révèle la présence d'un mécanisme d'usure par abrasion. De plus, le mode d'usure est une combinaison de phénomènes de roulement et de grattage. L'usure par oxydation a également été présentée en raison de l'exposition des débris d'usure générés lors du test d'usure.

Dans le même contexte, Pereira et al.15 ont élaboré une étude comparative entre la résistance à l'usure de l'acier AISI P20 après traitement à l'azote et après dépôt d'un alliage de cobalt. Des tests d'usure par abrasion ont été effectués conformément aux normes ASTM G65-91. L'analyse du résultat montre que la perte de volume de l'échantillon augmente avec l'augmentation à la fois du débit d'abrasif et de la charge appliquée. De plus, il est important de noter que l'effet de ce dernier est plus important que celui attribué au flux abrasif.

A cet égard, l'acier AISI P20 de la présente étude a subi un traitement thermique particulier afin d'améliorer ses qualités mécaniques et tribologiques. Selon la littérature, le traitement thermique améliore en fait les qualités de l'acier doux telles que la ductilité, la ténacité, la dureté et la résistance à la traction, comme mentionné par Singh16.

De plus, Chen et al.17 ont démontré que les caractéristiques mécaniques de l'acier inoxydable austénitique 316 L étaient améliorées après traitement thermique, lesquelles sont principalement dues au nombre de phases qui constituent ce matériau ainsi qu'à leurs morphologies.

Le but de ce travail est de réaliser une étude comparative entre HCWCI et AISI P20 afin de réduire l'énorme perte d'usure causée par le processus de broyage. Pour accomplir cette tâche, une étude tribologique de ces matériaux sous différentes charges et durées d'essai a été menée.

Dans la présente étude, 40 × 40 × 4 mm3 d'échantillons HCWCI et AISI P20 ont été préparés à l'aide d'une machine à fil robotisée pour la découpe. En fait, les HCWCI ont été fournis par la société SOFAP pour des analyses de tests supplémentaires. Concernant l'AISI P20, il a été acheté auprès d'un fabricant industriel.

Il est à noter que la composition chimique des HCWCI a été déterminée à l'aide d'une analyse spectroscopique des métaux (Jobin Yvon JY 48®). Cependant, la composition chimique de l'AISI P20 a été déterminée par les données techniques fournies par le fournisseur. Le tableau 1 illustre la composition chimique des deux matériaux.

Il est important de noter qu'avant le test d'usure, l'acier AISI P20 a subi un traitement thermique pour améliorer ses propriétés mécaniques et tribologiques. En effet, le traitement thermique adopté a été réalisé selon la base de données du fournisseur. Elle est réalisée à une température de 850 °C pendant 20 min, suivie d'une trempe à l'huile. Enfin, une étape de revenu a été réalisée pour minimiser les contraintes résiduelles.

Avant le test d'usure, la surface de chaque substrat a été bien nettoyée. Pour obtenir une surface lisse avec une faible rugosité égale à Ra = 0,06 m mesurée à l'aide de la profilométrie 2D (Surtronic 25-Taylor Hobson), le HCWCI et l'acier traité thermiquement AISI P20 ont été polis mécaniquement avec des papiers SiC. Les surfaces ont ensuite été dégraissées avec une solution d'acétone pour éliminer les éventuelles impuretés.

De plus, un testeur de micro-dureté "Fisher Hardness Tester" a été utilisé pour mesurer la micro-dureté des deux matériaux, qui sont égales à HV0.05 = 742 et HV0.05 = 702 attribuées respectivement à HCWCI et AISI P20.

Un microscope optique de type (ZEISS-Axiotech) équipé d'une caméra (ProgRes SpeedXTcore 5) a été utilisé pour examiner la microstructure de l'acier traité thermiquement AISI P20. Cependant, la microstructure HCWCI a été identifiée par l'utilisation d'un microscope électronique à balayage (SEM, Jeol JSM-5410). Pour accomplir cette tâche, les deux spécimens ont été préparés en étant d'abord polis à l'aide de papiers abrasifs SiC, suivis d'une étape de gravure de 10 s dans une solution de Nital (3 %) pour l'acier traité thermiquement et de 3 min dans une solution de Nital (4 %) pour HCWCI.

L'HCWCI et l'acier traité thermiquement AISI P20 ont été soumis à une étude tribologique à l'aide d'un tribomètre rotatif à bille sur disque. D'après la littérature18,19, une bille d'alumine (Al2O3) a été utilisée comme contre-corps. Dans notre étude, une boule d'alumine d'un diamètre de 10 mm a été choisie.

Ce dernier a été choisi comme matériau de contre-face pour une raison : ses performances mécaniques uniques. Selon des recherches publiées20,21, l'alumine a en effet une dureté importante pouvant atteindre plus de 1400 HV et une rugosité de surface de Ra = 0,02 µm22,23. De plus, ce matériau présente une résistance exceptionnelle aux dommages22.

Les tests d'usure ont été effectués en utilisant une configuration bille sur disque sous deux charges normales de 5 N et 10 N à une vitesse de V = 0,31 m/s pour différentes durées de test (t = 60, 120, 180 et 240 min). Par conséquent, toutes les expériences d'usure ont été menées dans des conditions de glissement sec à température ambiante (25 ° C). Après chaque test d'usure, les substrats ont été nettoyés avec une solution d'acétone pour éliminer les débris d'usure générés sur la surface.

Après le test d'usure, différentes caractérisations ont été réalisées pour déterminer le comportement à l'usure des éprouvettes. En fait, la morphologie ainsi que la composition chimique à l'intérieur et à l'extérieur de la piste d'usure ont été déterminées respectivement par des techniques de microscope électronique à balayage SEM (FEI QUATRO) et de spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX). De plus, la machine à profilomètre 2D (Surtronic 25-Taylor Hobson) a été utilisée pour quantifier l'usure.

Sur la base de la littérature24, le taux d'usure (\(K)\) a été calculé à l'aide de l'équation suivante. (1):

où F : charge normale, D : distance de glissement.

Le volume de perte de matériaux de la substance usée a été déterminé à l'aide de l'équation. (2):

où R est le rayon de la piste d'usure ; S : la moyenne de la section transversale de la piste d'usure. R et S ont été mesurés par une machine de profilomètre 2D. Trois mesures de la section transversale ont été effectuées et les résultats ont été moyennés.

La figure 3 présente la microstructure de HCWCI en utilisant l'imagerie électronique secondaire et l'acier traité thermiquement AISI P20 sous microscopie optique. L'analyse de la Fig. 3a attribuée à HCWCI, a révélé la présence d'un réseau eutectique au sein d'une matrice martensitique. De plus, le grossissement des Fig. 3a et b démontre que la microstructure du HWCI est composée de carbures secondaires qui ont précipité dans une matrice martensitique. Une microstructure similaire a été observée par Karantzalis et al.25 qui ont étudié l'effet des traitements thermiques et des ajouts d'alliage sur la microstructure et les propriétés des fontes à haute teneur en chrome. Cependant, une microstructure martensitique entière a été détectée lors de l'analyse de la micrographie optique de l'acier traité thermiquement AISI P20 (Fig. 3c). Nos résultats sont cohérents avec ceux de Priyadarshini et al.26. En effet, ils ont rapporté dans leur étude que la microstructure de l'AISI P20 était caractérisée par une phase martensitique dure qui s'est développée après trempe directe.

Microstructure de : (a) HCWCI par SEM, (b) grossissement de (a) et (c) microscopie optique de l'acier traité thermiquement AISI P20.

L'évolution du frottement du HCWCI et de l'acier traité thermiquement AISI P20 comporte deux étapes, selon l'analyse du coefficient de frottement présentée dans (Fig. 4). Les essais ont été réalisés avec deux charges normales égales à F = 5 N et 10 N à une vitesse égale à V = 0,31 m/s en condition sèche. Le coefficient de frottement augmente de manière significative jusqu'à une valeur maximale dans la première phase ou "transition". Elle reste constante pour l'ensemble de l'éprouvette lors de la deuxième étape, dite de régime permanent, avec de légères oscillations qui peuvent être provoquées par des débris formés dans la trace d'usure18. De plus, il est clair sur la Fig. 4 que l'augmentation de la charge de 5 à 10 N a augmenté le coefficient de frottement pour HCWCI de 0,7 à 0,9 et pour l'acier traité thermiquement AISI P20 de 0,5 à 0,7. En conséquence, la résistance à l'usure de l'AISI P20 traité thermiquement pourrait être plus intéressante que celle du HCWCI. On observe également que le coefficient de frottement augmente avec l'augmentation de la charge appliquée pour les deux matériaux. Cette élévation a été approuvée par plusieurs études de chercheurs27,28. Pendant ce temps, aucun effet significatif du nombre de cycles sur l'évolution du coefficient de frottement n'a été détecté. Il est important de noter que la corrélation entre la charge normale ou la pression de contact et le coefficient de frottement a été prise en compte dans plusieurs travaux de recherche29,30. Dans la présente étude, l'augmentation de la charge normale entraîne une augmentation du coefficient de frottement du HCWCI et de l'AISIP20 pour plusieurs raisons : (i) Un tel comportement tribologique peut être lié à la création de débris d'usure générés par l'augmentation de la surface de contact lorsque la charge normale augmente. Les débris d'usure agissent comme des particules abrasives et augmentent la piste d'usure ; (ii) une augmentation de la charge normale génère une chaleur de frottement au niveau de la surface de contact ; et les propriétés mécaniques, telles que la résistance du matériau, peuvent augmenter en raison du collage29. La raison de l'augmentation de la charge normale est de détecter l'effet de la haute pression sur les propriétés tribologiques de HCWCI et AISIP20. Au cours du processus de concassage de la barytine, plusieurs particules sont entrées en contact avec les matériaux à différents niveaux de pression de contact, ce qui peut affecter le comportement aux dommages des matériaux.

Évolution du coefficient de frottement du HCWCI et de l'AISI P20 sous : (a) t = 60 min, (b) t = 120 min, (c) t = 180 min et (d) t = 240 min.

La figure 5 montre la morphologie SEM de la piste d'usure pour HCWCI et AISI P20. Lors de l'analyse de la trace d'usure du HCWCI, plusieurs phénomènes d'usure peuvent être détectés. La figure 5a révèle la présence de débris d'usure situés dans la piste d'usure, indiquant que le détachement de matière a lieu lors de l'essai tribologique sous une charge normale égale à 5 N. En conséquence, certaines rainures et cratères peuvent être observés. En augmentant le grossissement, on observe la propagation de micro-fissures dans toute la phase carbure ; ces micro-fissures augmentent l'enlèvement de matière lors du frottement. Dans des études de recherche antérieures, des résultats similaires ont été obtenus lors de l'analyse des dommages causés par l'usure du marteau lors du concassage de la barytine9. Il a été rapporté que l'intersection entre les micro-fissures radiales et longitudinales dans tout le carbure conduit à l'enlèvement de matière, qui subit auparavant une déformation plastique9,12. Ces résultats confirment que le test tribologique reproduit les dommages d'usure réels du HCWCI. Lors de l'application d'une charge normale de 10 N, la micrographie SEM (Fig. 5b) montre des débris d'usure accumulés déjà détachés d'une autre zone et déformés plastiquement lors du test d'usure, conduisant à leur accumulation sous une charge élevée. De plus, le SEM à fort grossissement a été réalisé, il est important de noter que l'augmentation de la charge normale conduit à la création d'un réseau de fissures avec des micro-fissures plus profondes et plus larges. En ce qui concerne la piste d'usure de l'AISI P20 présentée sur la figure 5c, elle a été considérée comme un phénomène de labour, et la présence de rainures indique un mécanisme d'usure par abrasion dû à la création de débris d'usure. Le même phénomène d'usure a été trouvé par Lopes et al.14 dans leur étude sur l'étude du comportement à l'usure micro-abrasive de la carburation et de la nitruration par plasma ionique de l'acier P20. De plus, les débris d'usure adhèrent à l'intérieur de la piste d'usure en raison de la déformation plastique lors des glissements répétitifs. Des aspects similaires ont été trouvés lors de l'application d'une charge normale égale à 10 N (Fig. 5d).

Micrographie SEM de la piste d'usure pendant t = 240 min (144 000 cycles). (a) HCWCI_F = 5 N, (b) HCWCI _F = 10 N, (c) acier traité thermiquement AISI P20_F = 5 N, et (d) acier traité thermiquement AISI P20_F = 10 N.

En comparant les résultats obtenus pour HCWCI et AISI P20, il convient de noter qu'il existe une différence dans les aspects d'usure en termes de micro-fissures, de cratères et de phénomènes de labour. En termes de réponse à l'usure, l'effet de la charge normale est plus prononcé pour HCWCI que pour AISI P20.

La figure 6 présente les profils 2D des deux matériaux, HCWCI et AISI P20 sous des charges normales égales à 5 N et 10 N.

Trace d'usure pendant t = 240 min (144 000 cycles). (a) HCWCI_F = 5 N, (b) HCWCI _F = 10 N, (c) Acier traité thermiquement AISI P20_F = 5 N, et (d) Acier traité thermiquement AISI P20_F = 10 N.

Il ressort de l'analyse des courbes obtenues que la résistance à l'usure attribuée à AISI P20 est meilleure que celle liée à HCWCI. La largeur et la profondeur d'usure maximale de la piste d'usure du HCWCI sont nettement plus importantes que celles de l'AISI P20 pour les deux charges. De plus, pour chaque matériau, on voit que l'augmentation de la charge entraîne une augmentation de la profondeur d'usure et de la surface usée de la piste d'usure. Par conséquent, on pourrait mentionner que plus la charge est importante, plus l'enlèvement de matière est important31.

La figure 7 illustre la variation du taux d'usure du HCWCI et de l'AISI P20 en fonction de la durée du test. Il est clairement démontré que toutes les courbes montrent des tendances similaires. En effet, les résultats obtenus montrent que le taux d'usure augmente avec l'augmentation de la durée du test et de la charge normale pour les deux matériaux (Fig. 7). Ces résultats sont en bon accord avec plusieurs études de recherche32,33. Hani Aziz et al.32 qui ont étudié l'effet de la charge sur le taux d'usure de l'acier, de l'aluminium et du laiton, ont mentionné que l'augmentation de la charge entraînait une augmentation du taux d'usure pour tous les matériaux. De plus, Lakshminarayana et al.33 ont concentré leurs recherches sur l'étude de l'effet de la charge sur le taux d'usure et la résistance au frottement de l'acier EN-8 glissant contre l'acier EN-31. Ils ont constaté que l'augmentation de la charge de 20 à 200 N augmentait le taux d'usure d'environ 4 × 10–4 à 77 × 10–4 mm3/N m. Pour plus d'explications, l'augmentation du taux d'usure est la conséquence d'un enlèvement de matière plus important dû à l'élévation de la température dans la zone de contact conduisant à une modification du comportement de l'échantillon vers un comportement ductile par l'augmentation du frottement avec la charge appliquée.

Évolution du taux d'usure.

Par ailleurs, il est clairement démontré que la meilleure résistance à l'usure a été retenue pour l'AISI P20 sous les deux charges F = 5 N et F = 10 N en raison de la diminution significative du taux d'usure entre les deux.

La figure 8a et b illustre une présentation synthétique de l'évolution du mécanisme d'usure du HCWCI et de l'AISI P20 lors de l'augmentation de la charge normale de 5 à 10 N.

Évolution du mécanisme d'usure lors de l'augmentation de la charge normale de 5 à 10 N de : (a) HCWCI et (b) AISI P20.

Dans le présent travail, une étude comparative entre les propriétés tribologiques du HCWCI et de l'acier traité thermiquement AISI P20 a été menée dans des conditions sèches à température ambiante (25 ° C). Les effets de la charge appliquée et de la durée de l'essai ont été étudiés expérimentalement. Les conclusions suivantes peuvent être tirées en fonction des travaux menés :

Les résultats des essais de broche sur disque sous deux charges F = 5 N et F = 10 N illustrent que l'évolution du frottement du HCWCI et de l'acier traité thermiquement AISI P20 se compose de deux étapes. La première étape, ou "transition", le COF augmente rapidement pour atteindre une valeur maximale. Au cours de la deuxième étape, ou régime permanent, le frottement garde la même valeur pour l'ensemble de l'échantillon avec la présence de certaines fluctuations, qui pourraient être dues à la présence de certains débris générés dans la piste d'usure. L'analyse des courbes de frottement indique que HCWCI se caractérise par le coefficient de frottement le plus élevé par rapport à AISI P20 pour toutes les conditions.

L'augmentation de la charge de F = 5 N à F = 10 N a conduit à une augmentation des valeurs de COF de 0,7 à 0,9 pour HCWCI et de 0,5 à 0,7 pour l'acier traité thermiquement AISI P20.

La morphologie SEM de la trace d'usure de HCWCI montre différentes caractéristiques d'usure provoquant une perte de matière. En effet, les micro-fissurations, l'usure par abrasion et le décollement de matière provoquent de graves dommages.

En ce qui concerne la trace d'usure de l'acier traité thermiquement AISI P20, il a été constaté que l'endommagement combine à la fois des phénomènes de labour et la présence de rainures, indiquant un mécanisme d'usure par abrasion qui est dû à la création de débris d'usure.

L'analyse de la réponse à l'usure a mentionné que l'effet de la charge normale est plus prononcé pour le HCWCI que pour l'AISI P20.

L'analyse de profilométrie indique que la profondeur d'usure attribuée au HCWCI est plus importante que l'acier traité thermiquement AISI P20 indiquant que ce dernier présente la meilleure résistance à l'usure.

L'augmentation de la charge de F = 5 N à F = 10 N augmente la profondeur d'usure et la zone usée, causant plus de dommages.

Le taux d'usure augmente avec l'augmentation des charges normales appliquées.

HCWCI présente le taux d'usure le plus important indiquant que l'acier traité thermiquement AISI P20 a la meilleure résistance à l'usure.

Enfin, HCWCI pourrait être remplacé par AISI P20 pour améliorer la résistance à l'usure et réduire les dommages.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Kim, JJ & Park, SK Érosion de particules solides d'acier inoxydable AISI 403. J. Mater. Sci Lett. 17, 1503-1506 (1998).

Article CAS Google Scholar

Arabnajed, H., Shirazi, SA, McLaury, BS, Subramani, HJ & Rhyne, LD L'effet de la dureté des particules de rongeurs sur l'érosion de l'acier inoxydable. Porter 332–333, 1098–1103 (2015).

Article Google Scholar

Shimizu, K., Xinba, Y. & Araya, S. Érosion des particules solides et propriétés mécaniques des aciers inoxydables à température élevée. Porter 271, 1357–1364 (2011).

Article CAS Google Scholar

Laguna-Camacho, JR, Marquina-Chavez, A., Méndez-Méndez, JV, Vite-Torres, M. & Gallardo-Hernandez, EA Érosion par particules solides des aciers inoxydables AISI 304, 316 et 420. Porter 301, 398–405 (2013).

Article CAS Google Scholar

Liu, ZG, Wan, S., Nguyen, VB & Zhang, YW Analyse par éléments finis de l'usure érosive pour les structures offshore. Dans 13e Congrès international sur la fracture, 16-21 (2013).

Bahri, A., Guermazi, N., Elleuch, K. & Ürgen, M. Performances tribologiques des revêtements TiN déposés sur de l'acier inoxydable 304 L utilisé pour l'extraction d'huile d'olive. Porter 342–343, 77–84 (2015).

Article Google Scholar

Bahri, A., Guermazi, N., Elleuch, K. & Ürgen, M. Sur l'usure érosive de l'acier inoxydable 304 L causée par l'impact des particules de graines d'olive : Modélisation et expériences. J. Trib. Int. 102, 608–619 (2016).

Article CAS Google Scholar

Bahri, A., Kaçar, E., Akkaya, SS, Elleuch, K. & Ürgen, M. Potentiel de protection contre l'usure des revêtements TiN pour les aciers inoxydables 304 utilisés dans les pièces rotatives lors de l'extraction de l'huile d'olive. Le surf. Manteau. Technol. 304, 560-566 (2016).

Article CAS Google Scholar

Kallel, M., Zouch, F., Antar, Z., Bahri, A. & Elleuch, K. Usure prématurée du marteau utilisée dans le processus de concassage des minéraux. J. Trib. Int. 115, 493–505 (2017).

Article CAS Google Scholar

Jianxin, D., Fengfang, W., Yunson, GL, Youqiang, X. & Shipeng, L. Usure par érosion des revêtements de nitrure CrN, TiN, CrAlN et TiAlN PVD. Int. J. Réfractaire Met. Matière dure. 35, 10-16 (2012).

Article Google Scholar

Scandiana, C., Boher, C., De Melloc, JDB & Rézaï-Aria, F. Effet des teneurs en molybdène et en chrome dans l'usure par glissement de la fonte blanche à haute teneur en chrome : relation entre la microstructure et l'usure. Porter 267, 401–408 (2009).

Article Google Scholar

Fernández, I. & Belzunce, FJ Usure et comportement à l'oxydation des fontes blanches à haute teneur en chrome. Mater. Caract. 59, 669–674 (2008).

Article Google Scholar

Coronado, JJ Effet de la charge et de l'orientation du carbure sur la résistance à l'usure abrasive de la fonte blanche. Porter 270, 823–827 (2011).

Article CAS Google Scholar

Lopes, HSM et al. Etude du comportement à l'usure micro-abrasif de la carburation et de la nitruration plasma ionique de l'acier P20. Mater. Rés. 19(3), 686–694 (2016).

Article CAS Google Scholar

Pereira, NC, Carlini, G. & Bond, D. Comparaison de la résistance à l'usure abrasive de l'AISI P20, nitruration et revêtement par procédé à arc transféré au plasma. Au 21ème Congrès Brésilien de Génie Mécanique (2011).

Singh, G. Un examen de l'effet du traitement thermique sur les propriétés de l'acier doux. Mater. Aujourd'hui. 37, 2266-2268 (2021).

CAS Google Scholar

Chen, X., Li, J., Cheng, X., Wang, H. et Huang, Z. Effet du traitement thermique sur la microstructure, les propriétés mécaniques et de corrosion de l'acier inoxydable austénitique 316L utilisant la fabrication additive à l'arc. Mater. Sci. Ing. A. 715, 307–314 (2018).

Article CAS Google Scholar

Zouch, F., Antar, Z., Bahri, A., Elleuch, K. & Ürgen, M. Étude tribologique du revêtement électrodéposé Fe-WP sur de l'acier inoxydable 316 L. J. Trib. 140, 1–9 (2018).

Article Google Scholar

Kallel, M. et al. Propriétés tribologiques du revêtement composite sol Ni-B-TiO2 élaboré par procédé sol-enhanced : usure par abrasion et usure par impact. J. Mater. Technol. 13, 857–871 (2021).

CAS Google Scholar

Madah, F., Amadeh, AA & Dehghanian, C. Enquête sur la transformation de phase d'un revêtement Ni-B autocatalytique après glissement à sec contre une bille d'alumine. J. Alliages. Comp. 658, 272–279 (2016).

Article CAS Google Scholar

Abrar, H., Vitali, P., Dmitri, G., Maksim, A. & Mart, V. Tribologie des matériaux d'alumine pour l'économie circulaire des industries textiles manufacturières. Tribu. Fab. 70, 215-220 (2021).

Google Scholar

Arteaga-Hernandez, LA et al. Etude du traitement de surface borurant dans le comportement tribologique d'un acier inoxydable AISI 316L. Porter 477, 203825 (2021).

Article CAS Google Scholar

Mischler, S. & Ponthiaux, P. Un round robin sur des tests électrochimiques et de frottement combinés sur des contacts alumine/acier inoxydable dans de l'acide sulfurique. Porter 248, 211-225 (2001).

Article CAS Google Scholar

Kraghelsky, IV Calcul du taux d'usure. J. Basic Eng. 87(3), 785–790 (1965).

Article Google Scholar

Karantzalis, E., Lekatou, A. & Mavros, H. Microstructure et propriétés des fontes à haute teneur en chrome : effet des traitements thermiques et des ajouts d'alliage Int. J. Métaux coulés. Rés. 22, 448–456 (2009).

Article CAS Google Scholar

Priyadarshini, M., Behera, A., Biswas, CK & Rajak, DK Analyse expérimentale et caractérisation mécanique de l'acier à outils AISI P20 par un processus de traitement thermique. J. Bio-Tribo-Cor. (2021).

Zhang, L., Xiao, J. & Zhou, K. Comportement d'usure par glissement du composite argent-bisulfure de molybdène. Tribu. Trans. 55, 473–480 (2012).

Article CAS Google Scholar

Kakas, D. et al. Influence de la charge et de la vitesse de glissement sur le coefficient de frottement du TiN déposé IBAD. Tribu. Ind. 31, 1–10 (2009).

Google Scholar

Kar, S., Sahu, BB, Kousaka, H., Han, JG & Hor, M. Étude de l'effet de la charge normale sur le coefficient de frottement et les propriétés d'usure des couches minces CNx. AIP Adv. 10, 1–10 (2020).

Article Google Scholar

Maegawan, S., Itoigawa, F. & Nakamura, T. Effet de la charge normale sur le coefficient de frottement pour le contact glissant entre la surface en caoutchouc rugueuse et le plan lisse rigide. Tribu. Int. 92, 335–343 (2015).

Article Google Scholar

Al-Samarai, RA, Haftirman, KRA et Al-Douri, Y. Effet de la charge et de la vitesse de glissement sur l'usure et le frottement de l'alliage de coulée aluminium-silicium. Inter. J. Sci. Rés. Publ. 2, 1–4 (2012).

Google Scholar

Hani Aziz, A., Khairia Salman, H. & Ethar, MMM Effet des charges, des vitesses de glissement et des temps sur le taux d'usure de différents matériaux. Suis. J. Sci. Ind. Rés. 2(1), 99-106 (2011).

Google Scholar

Lakshminarayana, V. & VincentBalu, P. Influence de la charge variable sur le taux d'usure et la résistance au frottement de l'acier EN-8 glissant contre l'acier EN-31. J.Eng. Appl. Sci. 10, 1–10 (2015).

Google Scholar

Télécharger les références

Ce travail a été soutenu par le Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique-Tunisie.

Département de Génie des Matériaux, Laboratoire de Génie des Matériaux et Environnement (LGME), École Nationale d'Ingénieurs de Sfax, Université de Sfax, BPW1173, 3038, Sfax, Tunisie

F. Zouch, A. Bahri, Z. Antar & K. Elleuch

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Tous les auteurs ont préparé et révisé le manuscrit ensemble.

Correspondance à A. Bahri.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Zouch, F., Bahri, A., Antar, Z. et al. Performances tribologiques de la fonte blanche à haute teneur en chrome et de l'acier traité thermiquement utilisés dans l'industrie du concassage de la barytine. Sci Rep 13, 9229 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29627-4

Télécharger la citation

Reçu : 18 août 2022

Accepté : 08 février 2023

Publié: 07 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29627-4

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.