Le test d’usure par adhérence ASTM G77
L’usure par adhérence (arrachement, grippage, ou blocage) apparaît lorsque deux surfaces solides
glissent l’une sur l’autre sous une certaine pression. Des aspérités ou irrégularités existent sur
toutes surfaces lisses. Même celles polies comme un miroir ne sont pas vraiment lisses à l’échelle atomique.
Quand deux surfaces lisses sont en contact elles ne se touchent au départ que sur quelques unes de ces aspérités.
La friction et l’usure prennent naissance à ces points. Lorsque les surfaces sont soumises à compression,
les aspérités subissent une déformation plastique et peuvent même se souder aux endroits de forte pression
localisée. Comme le glissement se poursuit, ces liens sont rompus produisant des cavités sur l’une des surface,
une aspérité sur l’autre surface et fréquemment de minuscule particules abrasives sont arrachées
contribuant ainsi à l’enchaînement de l’usure.
Le test ASTM G77 détermine la résistance à l’usure des matériaux aux frottements.
Le test utilise un tribomètre bloc sur bague pour classer des couples de matériaux en
fonction de leurs caractéristiques d’usure au frottement. Ce test est conçu pour reproduire
l’usure par adhérence métal sur métal, tel que le sommet de filet des
vis d’injection en contact avec la chemise d’un fourreau. Les résultats sont comptabilisés
en terme de perte de volume en millimètres cube aussi bien pour le bloc que pour la bague.
Les matériaux résistant le mieux à l’usure perdront moins de volume.
Dans les équipement d’extrusion ou de moulage par injection, l’usure par adhérence est l’usure
principale lorsque la résine utilisée contient peu ou pas de charge abrasive. La vis d’injection
tournant au contact de la chemise du fourreau va, au fil du temps, créer des micro-soudures de
métal entre les surfaces et une perte de matière. Les paramètres qui contribuent à ce type d’usure sont:
La rectitude de la vis et du fourreau
L’alignement de l’entraînement, du fourreau, de la trémie et de la vis
La conception de la vis
Un chauffage non homogène du fourreau
Mauvais appui du fourreau
Incompatibilité des composants avals ( filières)
Tête haute pression
L’idée qu’une vis d’injection traitée en surface ou avec un revêtement dur en contact avec la
chemise moins dure du fourreau causera une usure prématurée du chemisage est fausse. La réalité est
que l’usure par adhérence dépend directement de la capacité ou tendance des matériaux conjugués à
former des micro-soudures entre eux. Un facteur contribuant à l’usure est l’aptitude de ces
matériaux à résister à l’abrasion découlant de la rupture des micro-soudures.
Début 2007, Extreme Coatings a commandité le test ASTM G-77 sur de nombreux couples de matériaux
usuels vis / fourreau. Le test applique pas à pas une charge variant de 140 à 380 MPa au point de contact.
Remarquez que les efforts appliqués dans ce test sont nettement supérieurs à ce que ne subira jamais un filet
de vis en contact avec le fourreau. Dans le but de déterminer la compatibilité optimale entre les matériaux,
après avoir été soumis à de telles conditions, leurs performances ont été considérés
comme définitives et absolues. Les résultats sont représentés sur le graphique suivant:
Les barres représentent les résultats d’usure de la vis et du fourreau. Les barres jaunes
représentent la perte de volume totale pour chaque type de vis testée. Les barres bleues représentent
les pertes de volume pour les fourreaux bimétalliques tandis que les barres rouges représentent
les pertes de volume pour les fourreaux en Carbure de tungstène (CW). La légende des barres
indiquent quel type de matériau a été testé par rapport au matériau du chemisage. Ces matériaux
sont, le molybdène, Colmonoy 56 ( Ni/Cr/B), Stellite (Co/Cr), XC4000 (carbure de chrome) et
le XC1000 (carbure de tungstène).
La perte de volume des blocs de test bimétalliques n’est pas significativement différente
à l’exception de la Stellite. Cela indique qu’une augmentation de l’usure du fourreau ne résulte
pas du contact de carbure de tungstène ou de chrome avec une chemise de fourreau “moins dure”.
Dans le cas des matériaux de vis, le Colmonoy et la Stellitte affichent une perte de volume significative
dans ce test. Ces matériaux de rechargement ont moins de résistance à l’abrasion adhésive.
Le molybdène est un élément de dureté moyenne et qualifié de métal réfractaire. Avec un point
de fusion au delà des 2600°C, Le molybdène a une haute résistance aux micro-soudures ce qui lui donne une
résistance supérieure à l’usure par adhérence comparé aux alliages de rechargement standard
au nickel et au cobalt.
Contenant du tungstène élément réfractaire, le carbure de tungstène résiste comme le molybdène
aux micro-soudures et aux ruptures apparentées, et présente lui aussi une résistance exceptionnelle
à l’usure par adhérence. L’avantage supplémentaire du carbure de tungstène est sa haute dureté qui
le protège de l’abrasion causée par les aspérités de rupture lors du processus normal d’usure par
adhésion. A partir des données produites, il apparaît qu’une meilleure résistance du sommet de filet
d’une vis d’injection à l’usure par adhésion tend à améliorer la durée de vie du
chemisage d’un fourreau en matériau d’usage fréquent.
Tribomètre bloc sur bague provenant de la méthode d’essai standardisée pour
la classification de la résistance des matériaux à l’usure par
frottement“Standard Test Method for Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using
Block-on-Ring Wear Test”.
Désignation G77-05 ASTM International
[ASTM – American Society for Testing and Materials – Société américaine d’essais et des matériaux ]
Augmentation de la charge jusqu’à la défaillance
Lubrification à l’huile minérale
Cycles totaux > 20.000
Charge appliquée 140 à 380 MPa
Surface Engineering
