Parmi les solutions possibles pour résoudre ce problème, on peut citer le choix de matériaux spécifiques pour les contreparties, les revêtements céramiques durs (par exemple, PVD) ou l’utilisation de substances réduisant le frottement et l’adhérence. Ces méthodes présentent toutefois des inconvénients. Le changement de matériau n’est pas toujours possible en raison de l’environnement de travail, les revêtements céramiques sont sujets à l’écaillage sous des forces de contact élevées en raison de leur faible capacité de charge et les produits chimiques sont souvent interdits en contact alimentaire ou pour les applications sous vide poussé. Expanite a déjà démontré les améliorations significatives de la résistance au grippage grâce à ses solutions uniques de durcissement de surface, comme SuperExpanite®. Cependant, dans certains cas, les procédés impliquant des températures supérieures à la détente des contraintes (comme ExpaniteHigh-T) ne peuvent pas être utilisés librement en raison du risque de perte de tolérances élevées à la déformation ou de l’écrouissage, crucial pour les performances mécaniques des composants. ExpanitePureLow-T vise à fournir la même résistance au grippage, sans compromettre la conception.

La méthode d’essai standard ASTM G98 pour la résistance au grippage des matériaux se compose d’un bloc trempé, servant de composant fixe, et d’un ensemble de plots trempés de géométrie cylindrique, pivotés à 360 degrés autour de leur axe pressés contre le bloc avec une force constante. Les plots de cet essai utilisent la géométrie de l’échantillon d’essai ASTM G196 pour éliminer les problèmes de vitesse nulle au centre de l’échantillon et permettre une augmentation des niveaux de contrainte sans modification de l’équipement. La force normale est progressivement augmentée entre les essais jusqu’à l’observation d’un grippage. Lorsque le grippage est observé, la charge d’essai est réduite par petits paliers afin de déterminer le seuil de grippage c’est à dire la charge maximale n’entraînant pas de grippage. La plage de pressions de contact testées lors de cet essai s’étend de 30 ksi (environ 206,8 MPa) à 80 ksi (551,6 MPa), avec un pas de 10 ksi. Après l’essai, les surfaces d’accouplement des plots et du bloc sont observées pour détecter tout signe de grippage.

Les résultats de l’inspection sont exprimés sous forme de note numérique (un « classement »). La liste des classements et leurs descriptions sont présentées dans le tableau 1. Une surface est considérée comme exempte de signes de grippage jusqu’au classement « 3 » (notation). La figure 1 illustre un exemple de grippage important observé entre deux pièces non traitées, fabriquées selon la norme EN 1.4404, testées sous une charge de contact de 3 ksi (20,7 MPa).

Utilisant la même technologie que l’étape ExpaniteLow-T de notre SuperExpanite, ExpanitePureLow-T augmente la dureté superficielle de l’alliage austénitique EN 1.4404. La conversion thermochimique de la surface crée une couche d’austénite expansée d’une dureté superficielle supérieure à 900 HV. Cette augmentation de dureté est obtenue par diffusion de grandes quantités d’azote et de carbone dans les interstices (notamment les trous octaédriques du réseau FCC). L’épaisseur de la zone de diffusion obtenue est de 20 µm ± 5 µm. En raison de l’absence d’étape de recuit, la dureté superficielle et la profondeur de cémentation obtenues sont étroitement liées à la microstructure initiale et à l’historique de fabrication. La microstructure de l’échantillon traité dans la zone de surface, montrant la couche de diffusion, est présentée dans la Figure 2. Un profil de dureté mesuré sur l’échantillon d’essai utilisé dans cet essai est présenté dans le graphique de la Figure 3. Pour minimiser l’influence de la couche de dommages sous-cutanés, une zone de quelques micromètres d’épaisseur affectée par les opérations d’usinage, une étape d’électropolissage est réalisée comme pré-processus nécessaire.

La liste des classements du plot et du bloc pour chacune des pressions de contact testées est résumée dans le tableau 2. Un léger brunissage est visible sur le bouton à 30 ksi. Pour des charges de contact plus élevées, les boutons ont présenté des problèmes d’usure ou de rayure, apparemment sans corrélation avec la charge (avec de meilleures performances à la charge maximale de 80 ksi qu’observées pour des charges plus faibles de 50, 60 et 70 ksi).

Le bloc a présenté des rayures sous toutes les pressions de contact sauf une. À 40 ksi, seule une usure de la surface était perceptible. En raison des limitations de l’équipement, le seuil de grippage n’a pas pu être déterminé, car aucun grippage n’a été observé jusqu’à la charge maximale atteignable de 80 ksi. Pour la paire d’accouplement constituée d’homologues EN 1.4404 non traités, un grippage a été observé pour des contraintes aussi faibles que 200 psi (0,2 ksi ou 1,4 MPa). Le seuil de grippage a donc été établi à moins de 0,2 ksi.

Toutes les pieces test ont été photographiées. Les surfaces des échantillons testés aux charges les plus faibles et les plus élevées sont présentées aux figures 4 et 5. Presque aucun signe de détérioration de surface liée à l’essai n’est visible sur le bouton testé à 30 ksi ; un léger brunissage ou un aplatissement de la rugosité, associé à une augmentation de la brillance de la surface, est perceptible. Le bloc accouplé présente des signes d’usure et des rayures minimes. Le plot testé à 80 ksi présente une certaine usure, mais son homologue présente des rayures assez importantes sur les bords de la marque laissée par le bouton, principalement dues à une limite d’élasticité du matériau sous-jacent nettement inférieure à la charge d’essai.

Une force normale supérieure à 500 MPa n’a pas suffi à induire une détérioration importante de la surface pendant l’essai. L’augmentation minimale calculée de la pression d’essai nécessaire pour obtenir un grippage sur les échantillons traités avec ExpanitePureLow-T est au moins 400 fois supérieure à celle de l’EN 1.4404 non traité. Malheureusement, en raison des limitations du dispositif d’essai, nous n’avons pas pu en déterminer la valeur exacte.