Caractérisation de la tribologie des procédés de mise en forme à haute température
Résumé
Identification of friction data at high temperatures is still a critical point in the optimization of forming processes. The present paper presentsthe Warm and Hot Upsetting Sliding Test (WHUST):a test bench dedicated to the tribology of metal forming processes at high temperature. The friction test operates according to a large range of plastic strains, contact pressures and temperatures. The paper presents the methodology developed in order to simulate on the test bench contact conditions encountered at the tool/workpiece interface of various industrial forming processes. Three designs of experiments are discussed. The first one studies the effects of the composition of graphite based lubricants on friction of hot forging tool. A particular attention is paid on the volume of lubricant used, the size of graphite particles and the amount of binding agents. The second set of experiments quantifies the ability of two white lubricants to reduce friction and to protect tool surface. The first lubricant is a mineral salt; the second one is an organic salt. Tests are performed at 1200°C on AISI 4820 steel specimens, with AISI H11 nitrided steel contactors. Results show that the tested white lubricants lead to coefficient of friction similar to those obtained with graphite lubricants. Nonetheless white lubricants lose their ability to reduce friction as soon as the sliding length becomes greater than 10 mm, while graphite lubricants can undergo 30mm. The last design of experiments is performed to qualify a new sol-gel coating deposited on a common tool steel AISI H13. Tests are operated at 1100°C on AISI 4820 steel specimens. Results show that the sol-g
Les procédés de mises en forme à chaud sont fortement sensibles aux conditions de contact et de frottement. La connaissance de ces conditions de frottement est rendue difficile à cause des températures extrêmes rencontrées dans ce type de procédés (supérieures à 1000°C lors de la mise en forme des aciers). Ce papier présente le banc d’essais tribologiques développé au LAMIH afin de répondre à cette problématique. Le banc d’essais a été conçu de façon à reproduire une large gamme de pressions de contact, de vitesses de glissement et de températures. Dans un premier temps, la méthodologie utilisée afin de simuler des conditions de contact respectueuses de celles rencontrées sur site industrielle est développée. Ensuite, trois campagnes d’essais distinctes sont présentées. La première campagne étudie les effets de la composition des lubrifiants à base de graphite sur les conditions de frottement en forgeage à chaud. Ces premiers résultats montrent que le banc d’essai est suffisamment sensible pour distinguer les propriétés de deux lubrifiants a priori identiques. La deuxième campagne quantifie l'aptitude de deux lubrifiants blancs à réduire le frottement et protéger la surface de l'outil. Le premier lubrifiant blanc est à base de sel minéral, le second à base de sel organique. Les essais sont effectués à 1200 °C sur des échantillons d'acier AISI 4820, avec des frotteurs en acier nitruré AISI H11. Les résultats montrent que les lubrifiants blancs testés conduisent à des coefficients de frottement comparables à ceux mesurés pour les lubrifiants à base de graphite. Toutefois, dans les conditions testées, les lubrifiants blancs perdent leur capacité à réduire le frottement quatre fois plus rapidement que les lubrifiants à base de graphite. La dernière campagne est menée pour qualifier un nouveau revêtement sol-gel déposé sur à outil en acier AISI H13. Les essais sont effectués à 1100 ° C sur des échantillons d'acier AISI 4820. Après chaque essai, les capacités du revêtement à réduire le frottement et à empêcher le transfert de métal des éprouvettes vers l’outil revêtues sont établies. Les résultats montrent que les revêtements sol-gel testés réduisent le frottement et possèdent une bonne aptitude à retarder les transferts de matière, mais imposent des conditions de dépôt qui peuvent nuire à la tenue mécanique de l’outil (chute de la dureté).