Tribologie/Applications pratiques/Engrenages/Endommagement des engrenages

Les curieux (dans le bon sens du terme) sauront tout ou presque sur l'usure des engrenages en se reportant à l'excellent ouvrage de Louis Faure, du CETIM : Aspect des dentures d'engrenage après fonctionnement.

Les engrenages étaient déjà utilisés sous une forme rudimentaire au VI^e siècle avant notre ère mais ce n'est qu'au XVII^e siècle que leur fonctionnement commença à être étudié de manière véritablement scientifique. Il existe encore d'anciennes installations possédant des dentures en bois (roues à « alluchons »).

Les problèmes de lubrification ne sont devenus primordiaux qu'au début du XX^e siècle. On a longtemps considéré que les meilleurs lubrifiants étaient les plus épais mais aujourd'hui on utilise toute une gamme d'huiles, de graisses, de produits solides ... et même l'air !

Sur les engrenages lents lubrifiés à la graisse et tournant toujours dans le même sens, l'excès de lubrifiant est transféré au bout de quelques tours et ne peut plus revenir dans la zone de contact. On a donc intérêt à utiliser une graisse relativement molle, filante, et à en remettre souvent de petites quantités plutôt qu'une grosse quantité apportée une fois pour toutes. La graisse doit présenter une très haute tenue sur les surfaces, être apte à circuler et elle ne doit pas durcir lors des périodes d'arrêt.

Dans le cas d'engrenages peu chargés, fonctionnant à des vitesses moyennes, lubrifiés avec une huile relativement visqueuse, les dentures sont séparées par un film suffisamment épais pour supprimer tout contact métal sur métal. L'usure sera insignifiante, sauf lors des périodes de démarrage et d'arrêt qui sont toujours les plus dangereuses. Les stries d'usinage d'origine se retrouvent intactes sur la denture, même après de longues périodes de fonctionnement.

Il est à noter que l'on ne peut parler d'avarie que lorsque l'usure est telle que l'engrenage est inapte à remplir sa fonction avant d'avoir atteint la durée pour laquelle il a été prévu.

Usure normale (normal wear)

La perte lente et régulière de l'épaisseur des dents ne provoque pas de dégradation de l'état de surface. Ce n'est pas une avarie mais au contraire le signe d'un fonctionnement normal des dentures et la tenue de l'engrenage n'est pas affectée pendant la durée prévue pour l'utilisation.

Usure courante (current wear)

C'est une abrasion à deux corps caractérisée par un amincissement des zones de glissement (les sommets et les pieds des dents) tandis que la perte de matière est à peu près nulle au niveau du primitif. Il en résulte une déformation du profil, mais sans dégradation notable de l'état de surface. L'aspect de la zone usée est en général gris et mat.

Poli-miroir (polishing)

Il traduit une plastification superficielle des flancs de dents, son évolution est lente et il témoigne d'un bon fonctionnement : on n'a jamais à la fois usure importante et poli miroir. Par ailleurs cette modification de la surface des dentures favorise leur portée.

Cependant, en cas de surcharge ou de lubrification défectueuse, la température de surface peut devenir suffisante pour permettre la formation de microsoudures localisées, alors le grippage n'est pas loin. Pour éviter un tel risque, on peut augmenter quelque peu la viscosité du lubrifiant. De même on prendra soin d'éviter toute surcharge, même brève, qui ne manquerait pas de provoquer des dégâts irrémédiables.

Le poli-miroir apparaît communément sur les dentures durcies en surface comme celles des boîtes de vitesses ou des différentiels automobiles.

Grippage localisé

Il correspond à des arrachements ou des adhérences (adhesures) qui modifient soudain l'état d'une petite partie de la surface des dents, 5 % par exemple. Il concerne souvent les dentures neuves ou dans l'état de poli-miroir et il peut disparaître à la longue.

Les causes de ce phénomène sont multiples : imperfection d'usinage, défaut d'alignement des dentures, déformation en charge, passage d'une particule étrangère dans la denture, surcharge brutale, défaut temporaire de lubrification. Dans tous les cas il y a surcharge locale, rupture du film d'huile et formation d'une micro-soudure immédiatement cisaillée.

On pense souvent, mais à tort, que ce n'est pas forcément une avarie grave ; en réalité les arrachements s'accompagnent souvent de fissures qui partent de la surface et risquent, en s'étendant à toute l'épaisseur de la dent, de provoquer sa rupture rapide. Sur des engrenages traités en surface, un contrôle par ressuage est souvent utile. Par contre, les engrenages traités dans la masse présentent un risque bien moindre.

Il est parfois possible de « réparer » les dentures pas trop sévèrement grippées en les faisant fonctionner quelque temps avec une graisse de rodage appropriée.

Grippage généralisé (scuffing)

C'est une avarie très brutale attribuée à une rupture du film lubrifiant par suite de températures de surface trop élevées. Sa gravité a accéléré le développement des additifs extrême pression. Il est reconnaissable au fait que le cisaillement des microsoudures amène des transferts de métal d'une denture sur l'autre, ou l'émission de débris.

Le grippage généralisé est une usure catastrophique qui détruit typiquement les dentures non traitées, de gros module, fonctionnant à des vitesses faibles. Il produit une modification soudaine de la surface de toutes les dents : sur des engrenages durcis, on note un changement de coloration et de fines rayures, à ne pas confondre avec une usure abrasive, car il y a peu de perte de cote. Sur des aciers peu durcis, les surfaces sont détruites par écoulement plastique et marquées de sillons grossiers parallèles au profil. Lors du grippage apparaissent aussi des charges radiales anormales et des vibrations. Le facteur de frottement augmente et devient irrégulier.

Il n'est pas forcément nécessaire d'atteindre de très hautes températures pour former des soudures. On distingue en fait deux sortes de phénomènes :

• Le grippage à chaud (hot scuffing) est lié à une rupture de film d'huile par échauffement excessif. Les traces sont généralement plus importantes dans les zones à forte vitesse de glissement. Tant que ces traces restent fines et peu profondes, elles peuvent être tolérées car elles finiront par s'amenuiser avec le temps. Si elles sont au contraire grossières, elles évolueront vers des arrachements et généralement, à court terme, vers la rupture des dents. Ces dernières prennent des teintes caractéristiques brunes, bleues ou violacées.
• Le grippage à froid (cold scuffing) résulte de pressions de contact très élevées accompagnées de vitesses de glissement extrêmement faibles. Le désastre commence par quelques arrachements plus ou moins localisés qui ne tardent pas à se propager de proche en proche à toute la périphérie de la denture. La destruction totale peut se produire en quelques minutes. Le grippage à froid est très souvent associé à un manque de lubrifiant et se produit le plus souvent sur des dentures lubrifiées à la graisse. Il est favorisé aussi par un état de surface médiocre, qui facilite la formation des microsoudures et le développement du grippage en profondeur.

Usures à trois corps (wear with three bodies)

Elles résultent de la présence dans l'huile de corps abrasifs : rouille, sable de moulage, calamine, copeaux ... On peut distinguer plusieurs formes :

• Les rayures, griffures, sillons (scratching) se manifestent sous la forme de cavités isolées ou de sillons plus ou moins profonds mais toujours bien individualisés et irréguliers, orientés dans le sens du glissement. Il s'agit de l'effet de grosses particules introduites dans l'engrènement. Ce type d'usure se rencontre dès la mise en route d'un mécanisme, ou juste après une réparation faite dans des conditions de propreté insuffisantes. Contrairement aux arrachements qui mettent en cause le fonctionnement de l'engrenage, les rayures ne constituent pas une avarie grave à condition que le constat soit fait à temps et que des mesures curatives soient prises : d'une part, l'élimination des corps étrangers, d'autre part, la réparation des dentures par polissage des surépaisseurs causées par les griffures et désincrustation des particules dures.
• L'usure abrasive proprement dite (abrasive wear) est due à la présence dans le lubrifiant de petites particules d'origine externe ou interne : débris d'usure par exemple. On remarque des rayures très fines, un aspect mat, un épaulement au fond de la denture et des dents érodées en lame de couteau. Le phénomène d'abrasion est souvent très rapide, il ne s'accompagne jamais d'adhésions locales ou de microsoudures et ne résulte pas d'un manque de lubrifiant. Ce dernier est au contraire le vecteur des particules abrasives. On assiste à la formation de dents pointues et souvent très affaiblies à la base. Dans de nombreux cas, les dents finissent par se rompre ou, si elles sont traitées, par subir d'autres formes d'usure fatales comme l'écaillage étudié plus loin.

L'usure abrasive produit une augmentation du jeu de fonctionnement des dentures et une forte déformation des profils génératrice de bruit et de vibrations.

Usure modérée (moderate wear)

Elle est caractérisée, comme son nom l'indique, par une perte de matière plus forte que lors de l'usure normale. Elle apparaît le plus souvent lorsque les limites de la lubrification sont atteintes, et concerne presque tous les engrenages très chargés tournant à faible vitesse et réalisés en acier traité dans la masse. Il est à noter que si des traces notables d'enlèvement de matière sont visibles là où se produit le glissement, au sommet et au pied des dents, en revanche la surface primitive de fonctionnement n'est pratiquement pas altérée. L'usure modérée peut en général être tolérée à condition d'améliorer la lubrification par refroidissement de l'huile ou par augmentation de sa viscosité, ou encore en remplaçant la graisse par de l'huile. Le niveau de bruit et de vibrations peut toutefois devenir inacceptable.

Usure excessive et destructrice (excessive and destructive wear)

C'est un processus qui aboutit à la mise hors service des dentures. On constate une très importante déformation des profils qui résulte de l'action, conjointe ou non, d'autres processus : abrasion, adhésion, piqûres ...

Il va de soi qu'une usure excessive amène à une recherche approfondie de ses causes, avant tout remplacement des organes détruits, sinon on peut être à peu près sûr qu'elle se reproduira sur les nouvelles pièces. On s'intéressera en particulier à la nature du lubrifiant, à son onctuosité et à sa viscosité, sans oublier son mode d'introduction dans les contacts. On examinera l'efficacité de la filtration et/ou du refroidissement, l'étanchéité du carter. D'autres causes sont à rechercher sur les dentures elles-mêmes : choix des matériaux, de leurs traitements, qualité du taillage, détermination des déports ...

On n'oubliera pas que parfois une mauvaise portée des dentures provient de déformations excessives des arbres, de leurs appuis (roulements ...), voire du carter. Les dilatations différentielles sont aussi à prendre en compte, de même que les surcharges ou encore les vibrations transmises par les organes voisins. Parfois, c'est la conception d'ensemble de l'engrenage qu'il faudra revoir !

Corrosion chimique et rouille (chemical corrosion, rusting)

Elles provoquent des taches de couleur brun rouge, des irrégularités de surface, des piqûres souvent foisonnantes, plus ou moins bien réparties sur tout ou partie des zones exposées. Il s'agit évidemment d'attaques chimiques ou électrochimiques.

Souvent, cette attaque résulte de produits contaminants introduits dans le carter, mais très fréquemment elle est due à la présence d'eau amenée par des fuites ou par la condensation. Le lubrifiant peut lui aussi être incriminé, pour diverses raisons :

• acidification due au vieillissement,
• présence d'additifs extrême pression trop agressifs,
• activation de ces additifs par la présence d'eau ou par une température excessive.

Parfois (souvent ?) les engrenages sont corrodés avant même leur introduction dans le carter, à cause d'un nettoyage avec des substances agressives, d'un mauvais stockage ou encore du simple contact avec des mains en sueur ...

Les dentures corrodées ont un aspect peu engageant mais leur fonctionnement n'est que rarement altéré. Toutefois il faut se méfier des résidus d'oxydation qui peuvent être très durs et engendrer une usure abrasive.

Pelage (scaling)

Il est dû à une oxydation lors du traitement thermique. Il apparaît après fonctionnement une surface inégale comportant des zones en léger relief, très irrégulières, qui supportent les charges et prennent vite un aspect brillant. La portée des dentures est alors mauvaise.

Corrosion de contact (fretting corrosion)

Elle concerne :

• d'une part les dentures ordinaires soumises, pendant le transport ou l'arrêt, à des vibrations d'origine extérieure,
• d'autre part les accouplements à denture soumis, avec une protection insuffisante, à des vibrations de torsion ou à de petits mouvements dus au désalignement.

La corrosion de contact produit des quantités importantes d'oxydes abrasifs qui vont polluer les lubrifiants et provoquer, dans les cas graves, une usure destructrice.

Surchauffe et brûlures (overheating, burning)

Elles résultent d'un échauffement anormal consécutif à une surcharge, une survitesse, un défaut de lubrification. Les plages colorées que l'on constate ne doivent pas être confondues avec le résultat d'une oxydation ou d'une corrosion. La chute des caractéristiques mécaniques favorise l'apparition du grippage et dans les cas les plus graves, elle peut conduire à un écrasement de la denture par fluage à chaud.

Cavitation

L'érosion par cavitation peut se manifester au niveau des dentures lorsque celles-ci se meuvent perpendiculairement à leur surface. Un tel mouvement se produit lors de l'engrènement sous l'effet de vibrations. Il en résulte une alternance de surpressions et de dépressions au sein du lubrifiant. Si ce dernier contient un produit susceptible de se vaporiser (eau, essence ...) et si les conditions s'y prêtent, alors des bulles se forment, puis implosent en provoquant des ondes de choc. Il constate alors l'apparition des micro-cratères caractéristiques de la cavitation.

Érosion par impact

Elle peut endommager les dents d'engrenages à haute vitesse lubrifiés par un jet d'huile alimenté sous une pression excessive.

Étincelage

Il est caractérisé par la formation d'une multitude de petits cratères résultant du passage intempestif d'un courant électrique, cratères qu'il ne faut pas confondre avec des piqûres provoquées par la fatigue des couches superficielles. Les traces sont ici en forme de cupules présentant, juste après leur formation, un rebord provenant de l'éjection du métal fondu. L'examen métallographique montre fréquemment des structures de trempe et de revenu.

Si ces cratères sont provoqués par des courants vagabonds, ils sont généralement répartis sur l'ensemble de la denture.

Comme dans le cas des roulements (voir plus loin), les cratères peuvent aussi avoir pour origine des travaux de soudage à l'arc au cours desquels le retour du courant s'est effectué à travers les roues dentées : mise à la masse mal choisie ! Dans ce cas, les dégâts sont bien sûr localisés.

Fatigue de surface

C'est une dégradation progressive, comme tous les phénomènes de fatigue. Contrairement aux autres formes d'usure, celle-ci concerne les engrenages bien lubrifiés. Les endommagements peuvent rester longtemps cachés avant de se manifester brutalement, ou bien se révéler de façon spectaculaire et précoce. Il y a donc diverses formes possibles, que nous allons passer en revue.

D'une manière générale, cette fatigue se produit sous l'effet des contraintes tangentielles alternées. Si le frottement est très faible ces contraintes sont maximales en profondeur, ce qui peut être le cas avec des dentures très bien lubrifiées. Par contre, si les forces de frottement ne sont plus négligeables, le cisaillement est maximal en surface. Selon les circonstances, l'amorçage des fissures de fatigue se fera en sous-couche ou bien de façon apparente sur la peau de la pièce.

Micro-piqûres (micropitting, frosting, gray staining, microspalling)

Ce sont de très petits endommagements de 10 à 25 micromètres de côté et de 10 à 20 micromètres de profondeur. Ils concernent surtout les engrenages traités superficiellement et finis par rectification. Les divers termes correspondent à des aspects différents : taches grises, gerçures ... mais les dégâts sont identiques. Cette usure est évolutive, le métal est éliminé progressivement sous forme de petites écailles.

Piqûres (pitting)

Ce sont des trous peu profonds en forme d'éventail dont la pointe est tournée vers le pied des dents motrices ou vers le sommet des dents menées. La taille de ces trous est bien plus forte que pour les micro-écailles (de 0,3 à 2 mm) tandis que la profondeur est de l'ordre de 0,1 mm.

Le piquage ne se produit que si le mouvement de roulement est plus important que le mouvement de glissement, c'est pourquoi on le trouve surtout au niveau du diamètre primitif.

Le piquage apparaît souvent sur des dentures neuves traitées à cœur. Généralement il ralentit au fur et à mesure que le rodage améliore les portées et parfois même les traces disparaissent à la longue. Les piqûres diminuent si l'acier est durci et si la viscosité du lubrifiant croît.

La fissuration démarre à partir d'un petit défaut superficiel et se propage ensuite en profondeur jusqu'à l'élimination d'une parcelle de métal. On considère généralement que la présence d'huile accélère très nettement la dégradation, car les très hautes pressions dues à l'engrènement sont transmises jusqu'au fond des fissures.

Les piqûres naissantes sont généralement d'assez petites dimensions. Elles apparaissent d'abord là où la charge est maximale et en particulier, elles révèlent vite les défauts d'alignement, les déformations anormales des pièces, les distorsions dues aux traitements thermiques. La présence de quelques piqûres ne présente pas un risque immédiat et souvent le phénomène cesse spontanément.

Cependant une évolution catastrophique est toujours possible et une fissuration grave peut dégrader très vite la totalité des surfaces, surtout dans le cas des dentures droites : c'est alors le piquage destructif.

Écaillage (spalling)

C'est une dégradation qui commence toujours à l'intérieur du métal, puis se propage jusqu'à rejoindre la surface, ce qui libère des fragments plus ou moins irréguliers aux dépens de la peau de la pièce. Cette avarie est beaucoup plus fréquente sur des dentures traitées superficiellement par cémentation ou trempe superficielle que sur celles qui sont traitées à cœur. L'écaillage est rare sur les aciers de faible dureté et dépend peu de la viscosité du lubrifiant.

Les zones écaillées font apparaître une surface irrégulière, voire accidentée. On distingue facilement les piqûres des trous provoqués par l'écaillage : les premières ont des parois en pente plus ou moins douce, les seconds sont limités par des « falaises » à angles vifs, sur toute leur périphérie.

Au début, l'écaillage semble n'affecter que quelques dents, ou même une seule. Il ne faut jamais oublier qu'il s'agit d'un phénomène de fatigue qui s'amorce très sournoisement en sous-couche. D'une part, cette fissuration est invisible tant qu'elle n'a pas débouché à la surface, d'autre part, elle provoque à court terme la rupture des dents concernées car elle s'étend dans la masse du métal en même temps qu'elle migre vers la surface.

L'écaillage se situe le plus souvent en dessous du diamètre primitif, le creux des dentures est en effet plus sollicité que les sailles, et plus longtemps.

La cause la plus fréquente de l'écaillage est une surcharge de longue durée et/ou une profondeur de traitement insuffisante : on sait que la couche traitée devrait avoir une épaisseur telle qu'elle dépasse de 50 à 100 % la profondeur à laquelle se produisent les contraintes maximales de cisaillement. L'écaillage survient de façon quasi systématique en cas de portée défectueuse des dentures, il se localise alors dans des zones bien déterminées des dents, le plus souvent à leur extrémité. Les dentures-bateaux sont un bon moyen d'éviter ces mauvaises portées.

Dislocation de la couche traitée (case crushing)

C'est une avarie très grave typique des engrenages traités en surface qu'elle met immédiatement hors service. Comme pour l'écaillage, les fissures naissent en sous-couche, avant que des fragments de métal soient éliminés sous forme de grosses écailles. C'est en fait toute la couche traitée qui se trouve rapidement décollée d'un substrat de résistance insuffisante.

On sait aujourd'hui déterminer la profondeur à laquelle règne le cisaillement maximal dans un contact localisé essentiellement roulant. Si l'on traite en-deçà de cette profondeur par cémentation, nitruration, trempe superficielle, le traitement sera sans effet. Si l'on traite à une profondeur exagérée l'opération sera certes efficace mais inutilement coûteuse. Si l'on s'arrête au niveau de la zone de cisaillement maximal, non seulement le traitement sera inefficace, mais en introduisant une discontinuité de structure là où les contraintes sont les plus importantes, on a toutes les chances d'accélérer la dégradation. La bonne profondeur se situe entre 1,5 fois et 2 fois la profondeur à laquelle se produit le cisaillement maximal. Il faut de plus obtenir une dureté suffisante en sous-couche pour que la surface traitée soit solidement ancrée sur le substrat.

Empreintes (indentation)

Elles résultent du passage d'un corps étranger entre deux dents. Ce corps peut provenir des dents elles-mêmes, d'un roulement à billes voisin, d'un défaut de propreté au montage ... Ces empreintes sont souvent accompagnées d'autres défauts : déformation des dents ou formation de fissures pouvant faciliter un écaillage ultérieur.

Déformation plastique par roulage (rolling)

Elle provoque des déplacements de matière accompagnés le plus souvent de la formation de bavures. On observe sur les roues menantes un creusement au niveau du primitif et un gonflement du sommet et du pied des dents, tandis que sur les roues menées la matière est repoussée vers le primitif où elle forme un bourrelet.

pignon pour crémaillère

Cette avarie est propre aux dentures non traitées ou traitées à cœur. Sur des dents traitées en surface peuvent exister des phénomènes analogues mais jamais avec la même ampleur. Les profils sont progressivement détruits, tandis que l'engrenage devient bruyant. En général, cela conduit à brève échéance à une rupture des dents. Le remède consiste à éliminer les surcharges et surtout à réduire le frottement sur les dents en adoptant une huile plus visqueuse.

La photo montre un morceau de la roue dentée qui permet à un petit train à crémaillère de monter au sommet de la Rhune, une des montagnes mythiques du Pays basque. On voit très bien que le métal a été écrasé au niveau du diamètre primitif et refoulé non seulement vers la tête et le pied de dent, mais aussi latéralement. La roue complète avait un diamètre de l'ordre de 2 m. On notera :

• que l'on a choisi délibérément un acier relativement mou, non traité, de façon qu'il ne soit surtout pas fragile. Chacun comprendra qu'il vaut mieux, pour ce genre d'application, que les dents périssent par leur surface plutôt qu'en se rompant brutalement,
• que pour la même raison, la base des dents est creusée par des cylindres de grands rayons. Il s'agit ici d'éviter les ruptures de fatigue en diminuant autant que faire se peut l'effet d'entaille.
• qu'après qu'elle a été usée d'un côté (c'est toujours le même flanc des dents qui travaille, aussi bien à la montée du train qu'à sa descente), la roue a été retournée.

Déformations plastiques par martelage (peening)

Elles forment des sillons longitudinaux correspondant aux zones de portée. La cause en est généralement une surcharge brutale qui peut concerner toutes les dents ou seulement quelques-unes, si cette surcharge se produit toujours pour une certaine position angulaire de la roue dentée. Cette avarie se produit fréquemment, lorsqu'une dent a été rompue, sur la ou les dents suivantes.

Dent cassée sur une roue spiro-conique (Renault R4)

En général, les chocs s'accompagnent d'une fissuration de fatigue qui provoquera, au bout d'un certain temps, le bris partiel ou total de la denture. La photo montre des taches de martelage sur la roue spiro-conique d'une transmission de Renault 4, après la rupture par fatigue d'une dent et des extrémités des dents voisines. Le propriétaire du véhicule et l'auteur de ces lignes ne faisant qu'un, vous pouvez admettre que ces taches se sont formées en peu de temps, le bruit de fonctionnement étant de nature à dissuader quiconque d'entreprendre un voyage au long cours. La R4 a toutefois bravement supporté une brève excursion pour se rendre chez son garagiste préféré, excursion de nature à faire réfléchir le conducteur alors jeune à la valeur du concept d'élan.

Broutage

Il provoque la formation de petites rides (rippling) ou de stries (ridging) plus ou moins ondulées, perpendiculaires à la direction du glissement et rappelant à petite échelle les « ripple marks », ondulations bien connues provoquées dans le sable ou la boue par le vent ou l'eau. Ce phénomène présente également des analogies avec le « stick-slip ».

Le broutage se produit essentiellement sur les dentures traitées en surface, par exemple cémentées-trempées, et rarement dans le cas d'un traitement dans la masse. Les facteurs qui le favorisent sont de fortes pressions, des vitesses faibles, des vibrations de torsion et une lubrification limite.

Il ne s'agit généralement pas d'une véritable avarie, mais plutôt d'une sorte de signal d'alarme précédent la survenue de dégradations beaucoup plus graves, sauf si le fonctionnement est trop perturbé.

Sillons (ridging)

Ils se forment sur certaines dentures, à faible vitesse et fort glissement des bourrelets et des creux parallèles à la direction de ce dernier. Les engrenages hypoïdes sont particulièrement sensibles à ce processus comparable au stick-slip et qui altère profondément l'état de surface. La formation des sillons est liée à l'existence de fortes pressions de contact combinées à une dureté et à une lubrification insuffisantes. On peut souvent régler le problème en utilisant une huile de plus forte viscosité contenant des additifs extrême pression.

pignon pour crémaillère

Bavures (burr)

Ce sont des excroissances de métal, souvent grossières et plus ou moins acérées, formées par déformation plastique du métal. Il ne faut pas les confondre avec les bavures que laisse parfois l'usinage. Les bavures latérales de la roue du petit train de la Rhune, déjà montrée précédemment, relèvent de ce processus.

On rappelle que les bavures qui se sont formées en tête et en pied de dent relèvent du phénomène de roulage.

Roue creuse pour pont arrière automobile à vis

Roue creuse pour pont arrière automobile à vis

Roue creuse pour pont arrière automobile à vis

Processus d'usures combinées

Peu fréquents en général, ils sont cependant systématiques pour certains mécanismes et liés à des conjonctions de paramètres difficiles à maîtriser. Ainsi, les roues pour vis sans fin en bronze présentent souvent à la fois un fluage, une abrasion et une fatigue qui, associées probablement avec une certaine forme de cavitation, provoquent la formation de cavités très caractéristiques sur le côté le plus chargé de la denture.

On voit ici trois vues d'une roue creuse utilisée dans le pont arrière à vis d'une automobile.

Ces roues ont des dentures très inclinées. On sait en effet que le meilleur rendement d'un système roue et vis sans fin est obtenu lorsque l'angle d'inclinaison d'hélice de la vis, égal à l'angle d'inclinaison de denture de la roue, vaut 45°-φ/2, φ étant l'angle de frottement. On a donc ici une inclinaison de denture de l'ordre de 43°.

Fissurations (cracks)

Les fissurations sont de diverses sortes, généralement liées à des défauts de fabrication ; elles peuvent altérer l'état des surfaces, comme par exemple : des fissures dues au forgeage (initial or thermal cracks), des tapures de trempe (quenching cracks), des criques de rectification (grinding cracks), des criques d'origine thermique (thermal cracks), des fissures de fatigue (fatigue cracks), ...

Naturellement il ne faut pas oublier que les dentures sont exposées non seulement aux phénomènes d'usure qui dégradent leur surface, mais aussi à d'autres processus de mise hors service comme les ruptures par surcharge, par chocs ou par fatigue.

On traite contre l'usure et la fatigue superficielle par la nitruration, la carbonitruration ou la cémentation. Une décarburation superficielle est toujours très défavorable.

Pour la pignonnerie automobile on utilise beaucoup l'acier 16 CD 4 cémenté trempé pour les pignons à dentures assez grosses et les couronnes spiroconiques, ou l'acier 27 CD 4 carbonitruré pour les pignons à dents plus petites, les baladeurs à denture et les couronnes de ponts à denture droite.

Pour les réducteurs à roue et vis sans fin la roue est parfois encore en fonte et la vis en acier mi-dur, si les vitesses et les pressions sont faibles. En général la roue est en bronze phosphoreux du genre U E12 P et la vis en acier trempé ou cémenté trempé. Les bronzes centrifugés sont ceux qui ont les meilleures qualités de frottement et de résistance. Pour des applications particulières (réducteurs silencieux, graissage impossible), on utilise parfois pour la roue des matières plastiques autolubrifiantes (Celoron).

Usure par dissolution

Ce phénomène assez étrange détériore parfois les engrenages mixtes plastique-métal, comme ceux que l'on peut rencontrer dans les programmateurs électromécaniques qui équipent beaucoup d'appareils ménagers : le métal du pignon se dissout dans la matière plastique de la roue, l'un maigrit, l'autre gonfle. On n'a pas d'explication claire de ce phénomène.