National Lubricating Grease Institute: Soucis de l’usure par frottement.

La spécification très attendue des graisses multi-usages hautes performances du National Lubricating Grease Institute, basé aux États-Unis, fera ses débuts en janvier.
La spécification fournira une base de référence mise à jour pour les performances des graisses – un domaine qui, malgré une évolution significative du matériel d’application, n’a pas connu de mise à jour depuis la création de la spécification GC-LB de l’institut il y a 30 ans.

Mais ce nouvel ensemble brillant de références de performance de produit entrera sur le marché avec une licence provisoire pour le test d’usure par fretting ASTM D4170, requis pour la certification de la sous-catégorie High Load. Ceux qui suivent les spécifications de l’huile moteur sont probablement familiers avec le concept: plutôt que d’attendre qu’un test soit disponible, les formulateurs et les spécialistes du marketing peuvent obtenir une licence provisoire, puis subir le test tardif une fois qu’elle sera disponible.

Également connu sous le nom de test d’usure par frottement Fafnir, l’ASTM D4170 a produit une variabilité inacceptable dans les résultats des tests, en particulier ces dernières années, a déclaré Rajeev Kumar, un associé de recherche d’ExxonMobil. Cela a conduit NLGI à retarder l’inclusion du test pour la certification HPM + HL jusqu’à ce que ASTM International soit en mesure de résoudre le problème.

Une étude menée par Kumar avec Chris Decker, associé de recherche principal et Joe Kaperick, conseiller principal pour la technologie des graisses chez Afton Chemical Corp., indique que les changements dans les roulements utilisés pour le test sont probablement les coupables.

S’exprimant lors de la semaine technique virtuelle de NLGI à la fin du mois d’août, Kumar a expliqué que les dommages par frottement sont causés par «des surfaces en contact avec un léger mouvement de glissement alternatif relatif de faible amplitude». Le frottement peut se produire dans les accouplements, les joints et les roulements dans des applications telles que les éoliennes et les avions, a-t-il noté.

«Le test Fafnir a été mis en place à l’origine pour mesurer un type spécifique d’usure par frottement observé dans les roulements de roue dans les années 1960 et 1970», a déclaré Kaperick. Cette usure a été causée par des vibrations lorsque les wagons étaient transportés par chemin de fer. «C’est ainsi qu’il est devenu une partie de la spécification GC-LB de NLGI en 1989. Aujourd’hui, il est toujours considéré comme une bonne mesure de l’usure par fretting et est l’un des rares tests industriels reconnus pour mesurer cette performance, même compte tenu de la variabilité actuelle du test. . »

En plus de la spécification HPM + HL, le test est inclus dans les spécifications de graisse GC-LB et General Motors LS-2. «C’est donc un test critique», a déclaré Kumar.

ASTM D4170 exige deux butées à billes avec un diamètre intérieur de 16 millimètres, un diamètre extérieur de 35,69 mm et neuf billes de 7,1 mm dans chaque course. Un gramme de graisse est appliqué sur chacun des roulements, qui sont chargés dans le mandrin. Un ressort garantit que les roulements ne se déplacent pas. L’appareil d’essai fait osciller les roulements sous une charge fixe pendant 22 heures, et les résultats sont rapportés comme la perte de masse moyenne des chemins de roulement.

Le problème de la répétabilité et de la reproductibilité observé entre les laboratoires pourrait être dû à des changements dans les pièces d’essai, qui, selon Kumar, ne sont pas correctement définis.

Une série de tests Fafnir à la ronde menée entre 2012 et 2019 révèle une distribution étendue des résultats autour de la moyenne, avec un écart-type relatif allant de 27% à 84%, a rapporté Kumar. «Cela démontre une précision et une précision historiquement médiocres qui pourraient s’aggraver au cours des deux dernières années», a-t-il déclaré.

Le manque de répétabilité et de reproductibilité entre les laboratoires pourrait être dû à des changements dans les pièces d’essai, qui, selon Kumar, ne sont pas correctement définies, manquant de dimensions critiques à la fois pour la bague de roulement et la cage. Les variations dans les lots de roulements semblent être liées aux variations des résultats des tests. «Si vous modifiez quoi que ce soit dans le test, même si cela figure dans la spécification, si la spécification n’est pas définie correctement, vous verrez des problèmes.»

Au cours des deux dernières années, les laboratoires ont reçu une nouvelle conception de roulement pour le test du fournisseur Falex Corp. Alors que les nouveaux et les anciens roulements répondaient aux spécifications du test, Kumar a noté que le style des nouveaux roulements était visuellement différent, même si la course semble similaire. De plus, les nouvelles races sont nettement plus rudes que les anciennes. Les chercheurs ont découvert que trois anciens roulements avaient une rugosité moyenne de 0,64 à 0,67 microns contre 0,72 à 0,76 microns dans trois nouveaux roulements. Elles sont aussi plus douces: les anciennes courses avaient une dureté Rockwell de 62,4 HRC, tandis que les nouvelles allaient de 57,1 à 58,3.

«Nous n’avons constaté aucune différence statistiquement significative entre les deux styles, et ils ont peut-être été quelque peu mélangés au cours des deux dernières années», a déclaré Kaperick à Lubes’n’Greases. «À l’heure actuelle, nous pensons que la rugosité, la dureté et peut-être même la courbure des races peuvent avoir plus à voir avec la variabilité que nous constatons.

Dans les tests menés à la fois par ExxonMobil et Afton, les conditions semblaient être plus sévères avec les nouveaux roulements, et Kumar a noté que d’autres laboratoires ont rapporté des résultats similaires. «La variation des pièces d’essai pourrait avoir contribué à la variabilité historiquement observée dans les résultats», a conclu Kumar, les conditions d’essai étant plus douces ou plus sévères selon les roulements.

Mais les roulements ne méritent peut-être pas uniquement d’être blâmés. Kumar a également souligné le fait que si la variabilité est large, les données se répartissent en groupes discrets élevés, moyens et faibles. Cela peut être dû à des différences de portance, mais aussi à une variation de méthode ou à une combinaison de facteurs.

Pour répondre à ces préoccupations, Falex s’emploie à obtenir de nouvelles fournitures de roulements. Le fournisseur d’équipement de test effectue également des tests avec différentes sociétés pour examiner la quantité de graisse chargée dans le roulement, la dureté et la rugosité du roulement, ainsi que les dimensions de la course. L’entreprise s’emploie également à garantir une technique commune entre les laboratoires.
Dans le même temps, un groupe de travail de l’industrie comprenant Afton, Citgo, ExxonMobil, Falex et Lubrizol a effectué un round robin avec le nouvel ensemble de roulements. Les tests étaient terminés au moment de la rédaction, mais les données n’avaient pas été compilées.

Une fois que le groupe de travail aura déterminé les changements nécessaires pour réduire la variabilité, l’ASTM coordonnera une étude interlaboratoire plus large pour repérer tout biais potentiel dans les nouveaux roulements. Les changements devraient être en place d’ici juin 2021, a déclaré Kumar, et le test sera de nouveau opérationnel.

Dans le même temps, un groupe de travail de l’industrie comprenant Afton, Citgo, ExxonMobil, Falex et Lubrizol a effectué un round robin avec le nouvel ensemble de roulements. Les tests étaient terminés au moment de la rédaction, mais les données n’avaient pas été compilées.

Une fois que le groupe de travail aura déterminé les changements nécessaires pour réduire la variabilité, l’ASTM coordonnera une étude interlaboratoire plus large pour repérer tout biais potentiel dans les nouveaux roulements. Les changements devraient être en place d’ici juin 2021, a déclaré Kumar, et le test sera de nouveau opérationnel.

Prévention du fretting

Une fois le test rétabli, les formulations de graisse devront être capables de le réussir – et finalement être efficaces dans des applications réelles.

La chimie à base de phosphore est la plus courante pour les additifs anti-usure. Pour l’usure par fretting, en particulier, une basse température d’activation de ces additifs semble être importante, a observé Kumar.

Une étude Afton rapportée en 2008 a examiné cinq types différents d’additifs au phosphore, tous formulés pour fournir 1 200 parties par million de phosphore dans la graisse finale. Bien que tous les additifs aient été efficaces pour réduire l’usure lors des tests de fretting et de SRV, il n’y avait aucune corrélation entre les deux méthodes de test, a déclaré Kumar.

«Lorsque vous commencez à vous concentrer sur la réponse additive, tous ces tests mesurent les performances dans différentes conditions», a expliqué Kaperick. «Ce qui est important est de comprendre ces conditions lorsque vous essayez de formuler une graisse pour atteindre les performances cibles dans un test donné.

«La clé de la chimie du phosphore est de pouvoir former les tribolayers vitreux qui peuvent aider à prévenir l’usure dans diverses conditions. Pour le test de fretting Fafnir, qui fonctionne à des températures plus basses que de nombreux autres tests d’usure, une difficulté peut être de trouver une source de phosphore qui formera cette couche à des températures plus basses », a-t-il poursuivi.

Kumar a également averti que la modification du phosphore dans une formulation de graisse pourrait affecter les performances d’autres additifs ou interagir avec la matrice de savon, ce qui aurait un impact important sur la capacité de la graisse à empêcher l’usure par frottement. «Il n’y a pas de solution miracle», dit-il. Les formulateurs «doivent sélectionner la bonne combinaison d’additifs pour une formulation spécifique».

Cela dit, l’utilisation d’une graisse plus douce contenant une huile de base de faible viscosité est plus importante dans la prévention de l’usure par frottement que les additifs, a déclaré Kumar. En effet, l’huile est meilleure que la graisse pour empêcher l’usure par frottement, et une huile de base plus fine peut saigner plus facilement d’une graisse plus douce – de préférence le numéro NLGI 00 ou 1. Une moindre stabilité mécanique à faible cisaillement est également utile, a-t-il déclaré.

La route à venir

«En partie en raison des problèmes que nous constatons dans l’industrie avec le test Fafnir, le plan actuel est d’inclure à la fois les tests de fretting Fafnir et SRV» dans la spécification HPM + HL, a déclaré Kaperick.

Le test de fretting SRV (ASTM D7594) est relativement nouveau, ayant été publié en 2010, et est reconnu comme étant plus reproductible. Cependant, le test SRV n’est pas aussi largement disponible que le test Fafnir, et le comité de développement des spécifications HPM craignait initialement qu’il soit difficile pour les candidats de terminer les tests, selon Kaperick, président du NLGI et impliqué dans le travail du comité.

«En fin de compte, on a estimé que le nombre de sites de test disponibles aux États-Unis était suffisant. Aucun autre test d’usure par fretting n’a été identifié au cours de notre discussion qui était largement disponible ou reconnu comme de bonnes mesures de cet attribut de performance », a-t-il déclaré.

L’industrie «doit être en mesure de corriger les frottements, mais doit également mesurer avec précision pour savoir qu’elle a été corrigée et qu’elle sera corrélée au monde réel», a résumé Kumar. «Résoudre les problèmes d’usure par frottement, renforcer les spécifications et contrôler le test lui-même est essentiel, non seulement pour le test ASTM, mais aussi pour les autres spécifications qui utilisent ce test particulier.»

Source lire l’article: https://www.lubesngreases.com/magazine/worries-over-fretting-wear/

Lire également: http://leslubrifiants.com/2020/09/02/une-nouvelle-specification-de-graisse-arrive-sur-le-marche/