Approche expérimentale et numérique de l'usure du carbure de tungstène sous impact-glissement

Le sujet de ce memoire de these concerne l’usure des inserts en carbure de tungstene soumis a des sollicitations d’impact-glissement. Ces inserts situes sur la tete de coupe de tunneliers permettent d’excaver le sol. Ces carbures sont caracterises par une durete elevee et une resistance a l’usure importante ; neanmoins, ils sont soumis a des conditions d’excavation severes qui finissent par les endommager. Il est donc primordial d’augmenter leur resistance a l’usure afin d’augmenter leur duree de vie dans le but de reduire les operations de remplacement et les couts. Une etude experimentale avec un banc d’impact-glissement permet de solliciter les carbures de tungstene dans des conditions proches de celles rencontrees lors de l’excavation. Nous analysons trois carbures de tungstene avec des proprietes et des compositions differentes. Un des trois carbures sert de reference et est utilise industriellement. Les deux autres carbures ont ete developpes recemment. Une bille, en acier 100Cr6 ou en carbure de silicium, est soumise a un deplacement vertical, et vient impacter l’echantillon en carbure de tungstene. Le deplacement de deux lames flexibles, situees sous l’echantillon impacte, permet de generer le glissement au moment de l’impact. L’abrasion et l’adhesion sont les principaux mecanismes d’usure, accompagnes de la formation de fissures dans le cas du carbure le plus fragile. Le volume d’usure depend fortement de l’energie d’impact, du nombre d’impacts, de l’angle d’impact, de la nature des materiaux au contact et de l’environnement de contact. Le carbure de reference s’use le plus parmi les trois carbures. De plus, le glissement contribue a augmenter l’usure et la bille en SiC forme une couche sacrificielle avec l’un des carbures developpe recemment. La presence d’argon au contact tend a reduire l’adhesion et, par consequent, l’usure est moins severe. Parallelement aux tests experimentaux, une analyse numerique par elements finis sous Abaqus/Explicit est realisee. Un modele 3D representant le contact entre la bille et le plan incline a ete developpe en mettant en avant la dynamique du contact. Cela nous donne acces a des grandeurs non determinees experimentalement (distance glissee, energie dissipee par frottement, energie de deformation plastique, contraintes au contact) et permet ainsi de mieux comprendre les mecanismes mis en jeu lors du contact. Les coefficients energetiques d’usure obtenus experimentalement sont mis en correlation avec les energies dissipees par frottement et les energies de deformation plastique. La distribution des contraintes de traction et de compression permet d’etablir un lien avec la formation des fissures pour le carbure le plus fragile. Cette approche experimentale combinee a la simulation numerique nous permet de mieux comprendre les phenomenes d’endommagement qui se deroulent au contact de l’insert.