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Les nombreuses études menées en fretting montrent que les dégradations se traduisent soit par une perte de matière (fretting-usure), soit par l’amorçage de fissures dans les massifs (fretting-fatigue). Ces deux types de réponse dépendent de nombreux paramètres, tant fonctionnels (charge, déplacement, fréquence... imposés ou non) que matériaux (ductiles, fragiles...) et interfaciaux (troisième corps), qui sont parfois retranscrits sous forme de cartes de sollicitations locales ou de réponses des matériaux. Les frontières entre ces différents domaines sont déterminées à partir de critères issus directement des paramètres caractéristiques des cycles de fretting (ouverture du cycle, énergie dissipée), dont l’objectif est de définir le passage entre glissement partiel et glissement total. L’analyse précise des cycles de fretting est donc un élément central de la compréhension du comportement des matériaux sous ce type de sollicitation.

The invention relates to the broaching of at least one slot (3) in a part such as a turbine rotor disk (4) or a turbomachine compressor disk, said slot (3) being machined by means of a broach (1) inclined at a broaching angle (a). Said broach (1) has an inter-tooth pitch (P) that is a sub-multiple of the length to be broached (L).

International audience; Depuis des décennies de conception de turbine à gaz, une des préoccupations majeures des motoristes est d’améliorer l’efficience et le rendement des moteurs en minimisant les jeux entre les parties fixes et les parties tournantes des turbomoteurs [1, 3]. Toutefois, compte tenu des jeux très faibles en fonctionnement, des contacts indésirables provoquées par des démarrages et arrêts successifs du moteur, des phénomènes vibratoires ou des dilatations thermiques importantes, impactent les systèmes d’étanchéité dynamiques du système d’air secondaire des turbomoteurs [4]. Ces systèmes d’étanchéité dynamiques sont composés de joints labyrinthes en vis-à-vis d’un matériau abradable de quelques millimètres d'épaisseur. Ce matériau sacrificiel est projeté sur la paroi interne du carter et s'use de manière à préserver la structure du rotor.

Les carbures cémentés WC-Co sont très largement utilisés dans les industries de la coupe des métaux et de l’excavation des roches. De manière générale, le compromis dureté/ténacité remarquable de ces matériaux permet d’obtenir des outils à la fois résistants à l’usure et aux impacts. Chermant et Osterstock [1] ont été les premiers à expliciter des mécanismes entraînant l’usure des WC-Co. Ils ont ainsi expliqué que l’usure des WC-Co se produit principalement suite à des fissurations dans la phase liante Co. Cependant, ils ajoutent que lorsque la proportion de cobalt est relativement faible, la contiguïté des agrégats de grains WC est à l’origine d’autres modes de dégradation telle que des fractures de grains WC. Dans le domaine du forage des roches, Beste et coll. [2] proposent un résumé des recherches sur les mécanismes d’usure des inserts WC-Co. Ils décrivent une succession de mécanismes incluant la déplétion de phase liante par les particules abrasives des roches, la fracturation de grains et finalement l’arrachement des grains WC.

Les carbures cémentés sont très utilisés dans l’industrie du forage pétrolier et minier, et dans l’usinage en tant que pièces résistantes à l’abrasion et à l’impact. En effet, ces matériaux possèdent un excellent compromis entre dureté et ténacité. Cependant, des conditions de plus en plus sévères, comme le forage profond pour l’industrie pétrolière et haute température pour la géothermie, rendent nécessaire le développement de tels matériaux encore plus performants. Ils doivent être à la fois plus tenaces mais également résister à des usures abrasives toujours plus sévères. Afin d’améliorer ces deux propriétés antagonistes, l’idée la plus simple est de conserver les mêmes constituants dont les propriétés intrinsèques restent intéressantes puis d’introduire dans ce matériau un gradient de composition, i.e. un gradient de phase liante. Dans le domaine des carbures cémentés, l’intérêt de ce concept a été démontré dès les années 70, avant même le foisonnement d’études dix ans après pour les matériaux FGMs (Functionally Graded Materials) impulsé par le Japon. Depuis, de nombreux travaux ont concerné l’élaboration et la caractérisation de tels matériaux FGMs qui dépassent largement le cadre des carbures cémentés mais sont le plus souvent issus de la famille des cermets et des alliages lourds (Heavy alloys). Toutefois, peu de matériaux à gradient de composition ont été industrialisés. Les principales limitations des premiers procédés de gradation des carbures cémentés étaient la formation de structures graduelles sur de trop faibles distances (inférieures au mm), leur mise en œuvre délicate par certaines techniques issues du frittage conventionnel ou encore la formation de défauts métallurgiques (présence de phases η-M6C) compromettant le bénéfice apporté par la gradation. Les travaux présentés ici concernent le procédé d’imbibition réactive actuellement développé par Armines/Centre des Matériaux Mines-ParisTech et la société Varel Europe qui est l’un des derniers outilleurs français installé près de Tarbes. Ce procédé peut être décomposé en deux procédés de gradation, à savoir : l’imbibition et le revêtement réactif. Le rôle de l’imbibition est d’enrichir graduellement en phase liante et en volume le cœur d’une pièce en carbure cémenté dense. Quant au revêtement réactif, son rôle est de venir durcir graduellement la surface de ce même matériau à l’aide d’une fine précipitation de borures ternaires, aux dépens de la phase liante et des carbures WC, sur également des profondeurs millimétriques. Le procédé d’imbibition réactive décrit ci-dessus est le seul procédé de gradation connu à ce jour permettant de générer des gradients continus de plusieurs centaines de HV sur des dizaines de millimètres. Dans le cas de pièces industrielles (inserts tricône et taillants PDC (Polycrystalline Diamond Compact)), les gradients de dureté obtenus sont de l’ordre de 450 HV sur 25 mm. Ces différentes parties actives des deux principaux outils de forage (tricône et PDC) ont montré une hausse très significative de leurs performances en laboratoire après traitement par imbibition réactive. Leurs résistances à l’abrasion présentent une augmentation de l’ordre de 30 à 100% par rapport à des outils non gradués. De même, leurs résistances à l’impact s’avèrent supérieures en moyenne à 20% mais peuvent être au maximum de 40% pour certaines configurations. Des essais chantiers sont en cours et les premiers résultats sont encourageants.

Les carbures cémentés sont très utilisés dans l’industrie du forage pétrolier et minier, et dans l’usinage en tant que pièces résistantes à l’abrasion et à l’impact. En effet, ces matériaux possèdent un excellent compromis entre dureté et ténacité. Cependant, des conditions de plus en plus sévères, comme le forage profond pour l’industrie pétrolière et haute température pour la géothermie, rendent nécessaire le développement de tels matériaux encore plus performants. Ils doivent être à la fois plus tenaces mais également résister à des usures abrasives toujours plus sévères. Afin d’améliorer ces deux propriétés antagonistes, l’idée la plus simple est de conserver les mêmes constituants dont les propriétés intrinsèques restent intéressantes puis d’introduire dans ce matériau un gradient de composition, i.e. un gradient de phase liante. Dans le domaine des carbures cémentés, l’intérêt de ce concept a été démontré dès les années 70, avant même le foisonnement d’études dix ans après pour les matériaux FGMs (Functionally Graded Materials) impulsé par le Japon. Depuis, de nombreux travaux ont concerné l’élaboration et la caractérisation de tels matériaux FGMs qui dépassent largement le cadre des carbures cémentés mais sont le plus souvent issus de la famille des cermets et des alliages lourds (Heavy alloys). Toutefois, peu de matériaux à gradient de composition ont été industrialisés. Les principales limitations des premiers procédés de gradation des carbures cémentés étaient la formation de structures graduelles sur de trop faibles distances (inférieures au mm), leur mise en oeuvre délicate par certaines techniques issues du frittage conventionnel ou encore la formation de défauts métallurgiques (présence de phases η-M6C) compromettant le bénéfice apporté par la gradation. Les travaux présentés ici concernent le procédé d’imbibition réactive actuellement développé par Armines/Centre des Matériaux Mines-ParisTech et la société Varel Europe qui est l’un des derniers outilleurs français installé près de Tarbes. Ce procédé peut être décomposé en deux procédés de gradation, à savoir : l’imbibition et le revêtement réactif. Le rôle de l’imbibition est d’enrichir graduellement en phase liante et en volume le coeur d’une pièce en carbure cémenté dense. Quant au revêtement réactif, son rôle est de venir durcir graduellement la surface de ce même matériau à l’aide d’une fine précipitation de borures ternaires, aux dépens de la phase liante et des carbures WC, sur également des profondeurs millimétriques. Le procédé d’imbibition réactive décrit ci-dessus est le seul procédé de gradation connu à ce jour permettant de générer des gradients continus de plusieurs centaines de HV sur des dizaines de millimètres. Dans le cas de pièces industrielles (inserts tricône et taillants PDC (Polycrystalline Diamond Compact)), les gradients de dureté obtenus sont de l’ordre de 450 HV sur 25 mm. Ces différentes parties actives des deux principaux outils de forage (tricône et PDC) ont montré une hausse très significative de leurs performances en laboratoire après traitement par imbibition réactive. Leurs résistances à l’abrasion présentent une augmentation de l’ordre de 30 à 100% par rapport à des outils non gradués. De même, leurs résistances à l’impact s’avèrent supérieures en moyenne à 20% mais peuvent être au maximum de 40% pour certaines configurations. Des essais chantiers sont en cours et les premiers résultats sont encourageants.

Tribological systems are studied with acquisitions systems associated to several kinds of sensors. For example, load and torque sensors are used to measure the friction coefficient, thermocouples to evaluate the mean contact temperature, vision systems to follows the evolution of the contact morphology. However, the observation of the active surfaces during sliding friction is impossible in most of the tribological systems. In this way, the study of acoustic emission signals emitted by the closed sliding contact is an interesting solution. Several authors related the amplitude and the frequency of these signals to materials physical proprieties and sliding contacts thermomechanical characteristics (e.g. hardness, dry friction and lubricated friction). This work focuses on the acoustic emission signals related to three different tribological systems: a rotary sliding contact between a WC-Co pin against an alumina flat counterface, a fretting contact between an alumina pin against alumina matrix composites containing metal nanoparticles (Fe or FeCr) flat counterface and a reciprocating sliding flat on flat contact between a thermoplastic polyurethane (TPU) and a steel counterface. This work gathers several test campaigns dealing with effects of contact parameters as load and velocity on acoustic emission. Moreover, the studied contacts highlighted the dependence of acoustic emission signals towards the physicochemical properties of the material (e.g. chemical content and grain size distribution) in relation to the thermomechanical responses of the contact. More generally, these experiments showed the links that can be made between the overall tribological system consideration and the emission acoustic.

International audience; The design of gas turbine aims to enhance the engine efficiency by developing new materials able to work at higher temperatures, or to promote new technologies, fuel management and airflow direction. One solution is the reduction of clearance between rotary parts in turbomachinery air systems. This clearance reduction causes direct interactions in the secondary air system of a turbo-engine when a rotary seal, called labyrinth seal, rubs on the turbo-engine as a result of successive starts and stops, thermal expansions and vibrations. The purpose of the present paper is to study interaction phenomena between an abradable material (Al-Si 6%) and a nickel alloy (718 alloy) during high speed contacts. A high speed test rig has been designed to simulate interactions between labyrinth seals and abradable coatings in similar operating conditions of turbo-engine in terms of geometries, rotational and linear velocities. A series of experiments has been carried out in order to get a first assessment under different turbo-engine operating conditions. Experimental results are presented using visual observations of test samples, quantitative approaches of interacting forces and micrographic observations. This work provides new basic data for a preliminary study of the interaction between a labyrinth seal teeth tips and its casing for turbo-engine applications.

A complete wear characterisation of a thermoplastic polyurethane (TPU) sliding against steel is presented. Wear tests were performed using a long stroke tribometer under sliding reciprocating movement and dry conditions. The dependence of some of the most significant parameters was studied. Before and after wear tests, complementary observations, analyses and measurements were also performed on both contacting materials. These various characterisations involved weight loss of TPU, physico-chemical and thermo- mechanical analyses of TPU, included topographical measurements and morphological observations of worn surfaces of contacting pairs and calculations of the temperature rise generated by friction.

Sous des conditions géologiques extrêmes, les outils de forage composés d’inserts en diamant polycristallins (PDC) sont particulièrement intéressants au vu de leur performance de coupe [1]. La qualité des matériaux innovants utilisés pour la fabrication de ces outils PDC doit être déterminée avec précision par la mesure de leur efficacité de coupe et de leur résistance à l’usure. Un banc d’usure (tour) composé de roches formées par un mortier spécifique a été utilisé pour réaliser les expériences de cette étude. Durant les essais, des inserts PDC ont été usés sur une distance d’abrasion supérieure à 15 km avec un effort normal moyen compris entre 3000 et 5000 N, une vitesse de coupe autour de 1,8 m.s-1 et une profondeur de coupe de 2 mm. Les analyses sont basées sur des modèles établissant des relations couplées entre les efforts de coupe et de frottement reliées aux mécanismes d’excavation réalisés par les outils de coupe [2]. Dans cette étude, les modèles sont implémentés dans le but d’évaluer l’efficacité de coupe et pour estimer la durée de vie de ces inserts diamantés. Les inserts testés ont révélés des taux d’usure [3] compris entre 1·10-8 et 16·10−8 mm3·N-1·m-1 et des efficacités de coupe à 10 km évaluées entre 31 et 55 %. Une approche originale est ensuite développée pour établir analytiquement un critère de qualité globale d’un taillant, tenant compte à la fois de son comportement tribologique (résistance à l’usure) et de ses capacités d’excavation (efficacité de coupe). Une hiérarchie clairement marquée a été révélée sur les différents taillants étudiés. Les variations de composition des matériaux et des méthodes de production distinctes utilisées pour la mise en œuvre des échantillons en sont à l’origine.

L’objectif de cette étude est de caractériser, dans des conditions de frottement oscillant de faible amplitude (sollicitation de fretting), des composites à matrice alumine contenant des nanoparticules métalliques (FeCr ou Fe) avec ou sans nanotubes de carbone (NTC) et densifiés par frittage flash (Spark Plasma Sintering, SPS). Les essais tribologiques ont été menés sur un dispositif de fretting fonctionnant à débattements libres : le phénomène de grippage (ou régime de collage) est ainsi directement mis en évidence par une forte réduction de l’amplitude du déplacement et par la fermeture des cycles de fretting. La capacité d’un matériau à différer ce phénomène est évaluée par sa distance totale de glissement.

ÖZETALTERNATİF KURU SÜRTÜNME KOŞULLARINDA SERAMİK NANOKOMPOZİTLER VE METAL KOMPOZİTLERİN KARAKTERİZASYONUEndüstride makinelerin birçok parçaları, sürekli ve ciddi bir aşınmaya maruz kalmaktadır. Bu malzeme kaybından doğan toplam üretim maliyetinin artışı, günümüzde halen daha önüne geçilmesi için çaba sarf edilen en önemli problemlerden bir tanesidir. Bu tez çalışması, karbon-nanotüp - Fe/Cr - Al2O3 kompozitleri ve katı halde olan WS2 ve hekzagonal BN yağlayıcıları içeren metal kompozitleri, normal koşullar altında (oda sıcaklığı ve basıncı) kuru sürtünmeye maruz bırakılarak gerçekleştirildi.Yapılan deneylere göre, sürtünme parametreleri (sürtünme katsayısı, sürtünme mesafesi, Hertz basıncı, aşınma hacmi) hesaplandı. Sürtünen yüzey morfolojisini tetkik etmek için SEM mikroskopu kullanıldı. Ayrıca ek olarak, yüzey aşınma hacmini ölçmek için optik interferometriden yararlanıldı.Endüstriyel uygulamalardaki malzeme kaybını önlemek amacıyla geliştirilen, karbon-nanotüp - Fe/Cr - Al2O3 kompozitleri ve katı halde olan WS2 ve hekzagonal BN yağlayıcıları içeren metal kompozitleri ile yapılan deneyler neticesinde, amaç doğrultusunda olumlu yönde sonuçlar elde edilmiştir. ABSTRACTCHARACTERIZATION OF CERAMIC NANOCOMPOSITES AND METAL COMPOSITES UNDER DRY FRICTION CONDITIONSLoss of the material, because of the wear processes, is one of the most important problems, which is increasing the cost of the final product, during the industrial machinery. As a result of this situation, the new kinds of materials are innovating to be used as industrial components. In this study, tribological results of the alumina nanocomposites with a nanometric metallic dispersive phase (Fe/Cr) including carbon nanotubes (CNT) or not and the new metal matrix composites with solid WS2 and hexagonal BN lubricants were investigated under dry friction conditions at an ambient temperature/pressure. According to the experiments, friction parameters (Friction coefficient, penetration depth, sliding distance, Hertzian pressure, wear volume) were calculated. To examine the friction surface morphology, SEM microscopy were utilized. And then, in order to measure surface wear volumes, optical interferometry were used. In conclusion, positive effects could be seen both on the alumina nanocomposites with a nanometric metallic dispersive phase (Fe/Cr) including carbon nanotubes (CNT) or not and metal matrix composites with solid WS2 and hexagonal BN lubricants on the way of preventing material loss.