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Les imperfections matérielles des roulements

« De nos jours, la défaillance des roulements due à la fatigue du contact de roulement est généralement rare et la durée de vie finale des roulements dépasse généralement la durée de vie calculée. Il existe cependant des cas où, dans des applications spécifiques, les roulements peuvent tomber en panne prématurément. 

La compréhension des mécanismes de défaillance des roulements est fondamentale pour l’amélioration continue des performances des roulements, en réponse à l’exigence d’une densité de puissance sans cesse croissante avec les applications de roulement modernes », affirment Junbiao Lai et Yuri Kadin, dans un article tout récemment paru dans Evolution, un magazine économique et technologique publié par SKF.

Comme le notent les auteurs, « la fiabilité des roulements utilisés dans diverses applications obéit au principe de la liaison la plus faible, c’est-à-dire que la défaillance résulte de la rupture du maillon le plus faible à l’intérieur du système concerné. Dans des conditions de lubrification médiocres, une défaillance du roulement pourrait être due à un endommagement de la surface sous forme de détresse ou d’usure de la surface. 

Sinon, le maillon le plus faible pourrait exister dans la région souterraine. En effet, la contrainte de cisaillement résultant du contact hertzien atteint le maximum à une certaine profondeur sous la surface du chemin de roulement. De plus, comme la plupart des matériaux à haute résistance, les aciers à roulement en général peuvent souffrir d’un manque de tolérance aux dommages sous la forme d’une sensibilité aux imperfections de matériaux ».

Lors d’investigations métallographiques, il est apparu que le contact de roulement sur les surfaces de roulement entraîne des contraintes cycliques qui s’étendent de la surface à la surface. En raison de l’effet de contrainte, des fissures peuvent être provoquées par des inclusions même sous une pression de contact inférieure à la limite élastique de sécurité, c’est-à-dire une pression de contact au-dessous de laquelle élastiquement. 

Il s’ensuit que, « sous une pression de contact spécifiée, l’initiation d’une fissure à partir d’une inclusion dépend principalement de la contrainte locale proche de l’inclusion. En d’autres termes, l’initiation aux fissures est régie par le type, mais pas la taille de l’inclusion, puisque le facteur d’élévation des contraintes est indépendant de la taille de l’inclusion. Cependant, une fissure initiée par une inclusion ne se développera pas toujours pour former un éclat. Dans certaines circonstances, la fissure peut être arrêtée de manière permanente ».

Des recherches sur les mécanismes de fatigue ont permis d’identifier l’une des causes profondes des défaillances prématurées des roulements. Des essais de laboratoire ont permis de reproduire avec succès une défaillance prématurée du roulement caractérisée par des fissures blanches (WEC) et des fissures axiales. 

La simulation FE a démontré que les écarts de forme du roulement tels que les ondulations peuvent entraîner des contraintes de traction à proximité du chemin de roulement de la bague intérieure, lesquelles, si elles dépassent une certaine limite, peuvent affaiblir le matériau, l’initiation et la croissance accélérée des fissures provenant des imperfections du matériau préexistant, conduisant à une défaillance prématurée du roulement.
http://evolution.skf.com