Testeur de fatigue par frottement sous vide
Testeur de fatigue par frottement sous vide - ToronTribo™ VFF
Le banc d'essai de fatigue par frottement évalue l'endommagement des matériaux sous charge soutenue par un contact oscillatoire de faible amplitude. Il est utilisé dans les secteurs de l'aérospatiale, de la production d'énergie et dans les laboratoires de recherche sur les matériaux. Le ToronTribo™ VFF applique une force de contact contrôlée et génère un mouvement linéaire alternatif à l'interface de l'éprouvette. Les opérateurs peuvent faire varier la charge, la fréquence, la course, la température et le matériau de contact afin de reproduire les conditions de micro-glissement rencontrées dans les assemblages boulonnés, les queues d'aronde et les assemblages par ajustement serré. L'instrument réalise des essais sous atmosphère ambiante, en milieu liquide ou sous vide, offrant ainsi aux ingénieurs une plateforme unique pour évaluer le comportement au frottement dans différents environnements d'utilisation.
Étant donné que le frottement induit souvent des fissures de fatigue bien avant qu'un composant ne cède sous l'effet de la seule fatigue, les ingénieurs s'appuient sur des essais spécifiques pour caractériser directement ce mode de défaillance plutôt que de le déduire de données de fatigue standard. Le ToronTribo™ VFF couvre une plage d'amplitude de 50 à 500 micromètres et une plage de fréquence de 0.1 à 50 Hz, avec un contrôle de la température jusqu'à 600 °C pour les études de frottement à haute température. La durée des essais s'étend de quelques secondes à plusieurs jours, permettant ainsi des analyses de courte durée et des évaluations de la durée de vie en fatigue prolongée.
Les fabricants de composants de turbines et de moteurs, les instituts de recherche aérospatiale et les laboratoires de science des matériaux utilisent le ToronTribo™ VFF pour quantifier l'efficacité des traitements de surface, des revêtements et des lubrifiants pour réduire les dommages par frottement avant la mise en service des pièces. Un système d'arrêt manuel ou automatique, déclenché par le temps, la vitesse ou la force de frottement, protège l'échantillon et l'instrument lors des essais de longue durée sans surveillance.
Testeur de fatigue par frottement sous vide - Applications ToronTribo™ VFF
Le ToronTribo™ VFF prend en charge l'évaluation de la fatigue par frottement pour les composants et les matériaux où les surfaces de contact subissent un petit mouvement oscillatoire sous une charge soutenue.
- Fixations des aubes et disques de turbines : évaluation de la fatigue par frottement aux points de contact en queue d’aronde et en encoche de sapin dans les moteurs à turbines à gaz, où le micro-glissement induit par les vibrations provoque l’amorçage des fissures.
- Évaluation des assemblages boulonnés et rivetés : caractérisation des dommages de frottement au niveau des joints structuraux des aéronefs et des machines soumis à des charges cycliques et à des vibrations
- Études de frottement des câbles métalliques : évaluation du comportement à l’usure et à la fatigue aux points de contact entre les torons des câbles métalliques sous tension et vibrations
- Composants des mécanismes pour le vide et l'espace : essais du comportement de frottement des contacts fonctionnant dans des environnements sous vide où les films d'oxyde atmosphériques sont absents.
- Qualification des traitements de surface et des revêtements : évalue comment le grenaillage, les revêtements et les traitements de durcissement de surface améliorent la résistance à la fatigue par frottement.
- Recherche sur les assemblages par ajustement serré et par pression : évaluation de la corrosion de frottement et de l’usure aux surfaces de contact des roulements et des ajustements serrés.
- Essais de composants de production d'énergie : évalue la durée de vie en fatigue par frottement des composants de turbines à vapeur et à gaz fonctionnant à haute température
Testeur de fatigue par frottement sous vide - ToronTribo™ VFF Caractéristiques principales
Le ToronTribo™ VFF combine des tests multi-environnements avec un contrôle précis du mouvement de fretting et de la charge.
- Essais multi-environnements : réalise des essais de fatigue par frottement sous atmosphère ambiante, en milieu liquide ou sous vide sur la même plateforme, reproduisant ainsi les conditions réelles d’utilisation.
- Charge de fretting à force élevée : applique une force d’essai jusqu’à 2 000 N et une force de frottement jusqu’à 800 N pour évaluer le comportement de fretting sous une pression de contact élevée.
- Contrôle précis de l'amplitude : ajuste l'amplitude de frottement de 50 à 500 micromètres pour reproduire les caractéristiques de micro-glissement à petite échelle des contacts de frottement réels.
- Large plage de fréquences : fonctionne de 0.1 à 50 Hz, permettant à la fois une observation lente et détaillée et un dépistage accéléré de la fatigue par frottement.
- Essais à haute température : jusqu’à 600 °C, permettant l’évaluation de la fatigue par frottement des composants destinés à un service à haute température tels que les accessoires de turbines.
- Contrôle temporel étendu : permet de régler la durée du test de 1 seconde à 9 999 minutes, convenant ainsi aux tests de dépistage courts et aux études de longue durée sur la fatigue.
- Contrôle d'arrêt automatique et manuel : interrompt automatiquement les tests en fonction du temps, de la vitesse ou de la force de frottement, ou permet un arrêt manuel pour les séquences de test contrôlées par l'opérateur.
Théorie et méthode
Le frottement se produit lorsque deux surfaces en contact subissent des mouvements relatifs répétés de faible amplitude, généralement de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres, sous une charge normale soutenue. Contrairement à l'usure par glissement classique, ce micro-glissement est trop faible pour séparer complètement les surfaces de contact ; les débris d'usure et les particules d'oxyde restent donc piégés à l'interface au lieu d'être évacués. Ces débris piégés augmentent la concentration locale des contraintes et l'abrasion au niveau du bord de contact, où la transition entre les zones de blocage et de glissement crée une zone de contraintes cycliques intenses.
La fatigue par frottement combine ce phénomène de micro-glissement avec une contrainte cyclique appliquée séparément sur l'éprouvette, reproduisant ainsi le comportement d'un assemblage boulonné, d'un assemblage à queue d'aronde ou d'un assemblage par ajustement serré, soumis simultanément à la fatigue par frottement et à la fatigue structurelle. Le ToronTribo™ VFF applique une force normale contrôlée au niveau du contact de frottement, tandis que le mouvement alternatif génère le micro-glissement oscillatoire à l'amplitude et à la fréquence définies. Les fissures se forment généralement au bord de la zone de frottement, là où la concentration de contraintes est maximale, et peuvent se propager dans le matériau à des niveaux de contrainte de fatigue bien inférieurs à sa limite de fatigue normale.
L'environnement d'essai influence fortement la durée de vie en fatigue par frottement, car l'oxygène et l'humidité atmosphériques affectent la formation d'oxydes et le comportement des débris à l'interface de contact. En testant le même couple de matériaux sous atmosphère ambiante, en milieu liquide et sous vide sur le banc d'essai ToronTribo™ VFF, les ingénieurs peuvent isoler l'effet de l'environnement de celui des paramètres de charge et de mouvement, et ainsi obtenir des données permettant de mieux prédire le comportement d'un composant en conditions réelles d'utilisation.
Testeur de fatigue par frottement sous vide - Spécifications techniques du ToronTribo™ VFF
| Paramètre | Spécifications |
|---|---|
| Force de frottement maximale | N 800 |
| Force d'essai maximale | N 2000 |
| Gamme d'amplitude | 50 à 500 μm, réglable |
| Fréquence des tests de réciprocité | 0.1 à 50 Hz, réglable |
| Plage de température | Température ambiante jusqu'à 600 ° C |
| Plage de contrôle du temps | 1 seconde à 9,999 minutes |
| Milieu de test | Atmosphère, liquide, vide |
| Arrêter le mode de contrôle | Manuel ou automatique (temps, vitesse, force de frottement) |