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Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 52 CHAPITRE IV A

Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 52 CHAPITRE IV ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX IV.1 Rayage à sec des verres sans traitement (brut) IV.1.1 Les endommagements observés lors de l’essai de rayage Les paramètres qui ont été variés durant notre test de rayage sont la force normale de rayage, la vitesse de rayage, la nature du traitement du verre et l’état de lubrification. Ces variations ont conduit à des modifications dans la formation de la rayure et dans le régime de fissuration basculant entre un régime micro-fragile et un régime micro-abrasif avec l’apparition très faible d’un régime micro-ductile. Les endommagements observés sur la surface des échantillons sont illustrés par des images spécifiques pour chaque paramètre. Une faible formation de fissures latérales est observée loin de la surface de l’échantillon brut lors de l’application d’un effort normale de 2N et d’une vitesse de rayage de 0.1mm/s accompagné de plusieurs fissures radiales confondues avec le sillon principal, c’est le régime micro-abrasif apparaissant pour de faibles vitesses Fig.IV.1. En variant la vitesse de rayage pour une valeur supérieur, l’endommagement se transforme en régime micro-fragile, L’extension des fissures latérales se fait remarquer clairement tandis que les fissures radiales se rétrécissent progressivement Fig.IV.2 pour se limiter juste au bord du sillon de la rayure Fig.IV.3. On note ainsi une diminution de la largeur à fur et à mesure que la vitesse augmente. Fig.IV.1: Rayure sur un verre brut pour Fig.IV.2: Rayure sur un verre brut pour v = 0.1mm/s ; P = 2N v =1mm/s ; P = 2N Fig.IV.3: Rayure sur un verre brut pour v = 10mm/s ; P = 2N. Fissure latérale Fissures radiales Fissure radiale Fissure latérale Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 53 La profondeur de la rayure suit la même évolution que celle de la largeur en considerant les mêmes paramètres de rayage (Voir Fig.IV.4 et Fig.IV.5). Fig.IV.4 : Profondeur d’une rayure de verre brut Fig.IV.5 : Profondeur d’une rayure de verre brut pour v = 0.1mm/s ; P = 2N pour v = 10mm/s ; P = 2N IV.1.2 Action de la vitesse de rayage sur la géométrie de la rayure Ces observations sont traduites par des graphes montrant la variation de la largeur et celle de la profondeur de la rayure en fonction de la vitesse de rayage Fig (IV.6) et Fig (IV.7) pour un échantillon de verre brut ne subissant aucun traitement superficiel où thermique. 0 2 4 6 8 10 4 6 8 10 12 14 16 vitesse de rayage (mm/s) largeur de la rayure (µm) charge de 1N charge de 2N Fig.(IV.6) : Variation de la largeur de la rayure en fonction de la vitesse de rayage pour un verre brut rayé à sec Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 54 0 2 4 6 8 10 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Charge de 1N Charge de 2N vitesse de rayage (mm/s) profondeur de la rayure (µm) Fig.(IV.7) : Variation de la profondeur de la rayure en fonction de la vitesse de rayage pour un verre brut rayé à sec Pour expliquer ce retrécissement en largeur et en profondeur de la rayure en augmentant la vitesse de rayage, on revient à la nature de la déformation au cours de l’essai où, dans le cas d’un labourage, la matière s’enfonce sous l’indenteur ou le contourne pour former les bourrelets frontaux et latéraux dont l’écoulement est plus facile si l’angle d’attaque est assez grand. De même si la vitesse augmente avec un angle sevère le cas d’un Vickers, dans le cas d’un usinage, la matière est évacuée vers l’extérieur sous forme de debrits constituant le régime micro-abrasif apparaissant pour des vitesses lentes et des charges supérieures. Ces deux modes d’écoulements (labourage et usinage), dont dépend la géométrie de la rayure, sont conditionnés par le frottement que subit l’interface matériau-indenteur (Voir Fig.IV.8). Ainsi, le frottement modifie l’écoulement de la matière non pas, uniquement, sur la partie avant du contact matériau-indenteur, mais aussi, sur les côtés du sillon résiduel. Et l’aire de contact sous charge diminue considerablement lorsque le coéfficient de frottement (µ) diminue. Dans notre cas, de 0.24 à 0.22 pour une charge de 1N et une vitesse augmentant de (0.1 à 10)mm/s (Voir Fig.(IV.9)). Par conséquent, le verre réagit en s’opposant par une résistance plus grande (Voir Fig.(IV.10)). La largeur du sillon résiduel est affectée directement par cette modification. On en conclue que (µ) est l’élement principale engendrant cette variation grâce à l’équation liant µ et Ft (force tangentielle). Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 55 µ = ி ೟ ி ೙ = tang(ߠ) (IV.1) Ft = Fa + Fp (IV.2) Où : µ : Coeficient de frottement. ܨ ௧ : Force tangentielle de rayage (N). ܨ ௡ : Force normal de chargement (constante) (N). (ߠ) : L’angle d’attaque de l’arrête avec l’axe de l‘indenteur. Fa : Force adhésive induite par le frottement local (N). Fp : Force de labourage induite par la déformation du matériau (N). . Fn Ft direction de rayage largeur L hc ߬ Fig.IV.8 : Essai de rayage avec contraintes de contact Surface de contact cas d’un labourage [69] ߪ projetée Une autre formulation peut être faite pour illustrer cette diminution en largeur et en profondeur, mais cette fois ci en introduisant les contraintes de compréssions formées en avant de l’indenteur et celles de tractions du côté du sillon, qui augmentent avec l’augmentation du frottement (µ), mais à cause de la diminution marquée du coéfficient de frottement (0.24 à 0.22) lors de l’acroissement de la vitesse de rayage de (0.1 à10)mm/s (Voir Fig(IV.9)), les contraintes de compréssions et de tractions ont été affectées directement par cette variation et réagissent par une variation de la géométrie du sillon résiduel. Cela peut être traduit par l’expression suivante [69] : Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 56 µ = ଶ గ ଵାഓ ഑௧௔௡௚ఏ ௧௔௡௚ఏିഓ ഑ (le cas d’un labourage ) (IV.3) µ = ଶ గ ଵିഓ ഑௧௔௡௚ఏ ௧௔௡௚ఏାഓ ഑ (le cas d’un usinage) (IV.4) Où : ߬: Contrainte de contact tangentielle ߪ: Contrainte de contact normal µ : Coefficient de frottement 0 2 4 6 8 10 0.200 0.205 0.210 0.215 0.220 0.225 0.230 0.235 0.240 Rayure de verre lubrifiée à l'eau Rayure de verre sec Charge de 1N vitesse de rayage (m m /s) coefficient de frottement (µ) Fig.(IV.9) : Variation du coéfficient de frottement en fonction de l'état de contact Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 57 IV.1.3 Action de la vitesse de rayage sur la résistance mécanique La vitesse de rayage influence d’une façon directe le comportement du système de fissuration et la nature du régime d’endommagement. En effet, ce régime bascule entre un mode de labourage et celui d’un usinage où chacun engendre une résistance mécanique spécifique qui contrôle le système global de fissuration et qui dépend de la profondeur de rayage soumise à la charge et à la vitesse. Le test a présenté une résistance qui augmente avec l’augmentation de la vitesse de rayage. Cela est lié à l’aire de contact soumise à l’effort de rayage dont la profondeur diminue progressivement pour les vitesses supérieures comme on la expliqué déjà au paragraphe IV.1.1. Cet effet de la vitesse est testé sous un contact sec entre indenteur et indenté (Voir Fig.(IV.10)). Fig.(IV.10) : Action de la vitesse de rayage sur la résistance mécanique d’un verre brut rayé à sec avec une charge de 2N IV.1.4 Action de la vitesse de rayage sur la transmission optique La transmission optique semble être plus sensible au régime micro-fragile apparaissant pour les vitesses assez importantes et fournissant une transmission optique d’autant plus v = 0.1mm/s v = 1mm/s v = 10mm/s Analyse et interprétation des résultats expérimentaux Chap. IV 58 faible, qu’au régime micro-abrasif qui apparait pour les vitesses lentes et dont la transmission est beaucoup plus meilleure. Les observations obtenues montrent que l’extension des fissures latérales empêche considérablement la transmission de la lumière à travers l’échantillon de verre et provoque des pertes au niveau des flancs de ces fissures. La vitesse de rayage fait augmenter le nombre et la longueur des fissures latérales qui évoluent de façon dramatique pour la transmission optique (Voir Fig.(IV.2 et IV.3)). Les résultats obtenus pour la transmission optique, confirment cette constatation en variant la charge de rayage et en utilisant la même évolution de vitesse (Voir Fig.(IV.11)). 0 2 4 6 8 10 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 transmission optique (%) vitesse de rayage (mm/s) Charge de 1N Charge de 2N Fig.(IV.11) : Action de la vitesse de rayage sur la transmission optique d’un verre brut rayé à sec IV.1.5 Action de la charge sur la géométrie de la rayure L’observation d’échantillons de verre brut rayés avec deux charges différentes montre bien des fissures radiales moins nombreuses avec une rayure moins profonde et une fissure latérale de largeur étroite sur la Fig.IV.12 pour une uploads/Management/chapitre-iv 2 .pdf