Grâce à la grande ténacité du matériau composite composé d'acier allié à haute teneur en manganèse, un alliage résistant à l'usure et d'une dureté élevée peut être déposé en surface, améliorant ainsi considérablement la résistance superficielle de la dent du godet et permettant d'obtenir une dent plus performante. Étant donné ses excellentes propriétés de résistance à la sécheresse, il convient de sélectionner, pour le rechargement, des alliages de soudage à haute dureté et à bonne résistance à l'usure.
D'après les études réalisées, l'alliage à haute teneur en fer présente une meilleure résistance à l'usure que l'acier à haute teneur en manganèse. Cet alliage, ou un alliage de fonte martensitique, est utilisé pour la fabrication de nouvelles dents de godet et la réparation des dents usées. Lors de la réparation, l'extrémité de la dent usée est découpée à la flamme acétylène, créant ainsi une rainure. On utilise ensuite une baguette de soudure en acier austénitique au manganèse pour redonner à la dent sa forme initiale, puis on effectue un traitement de soudage de surface afin d'améliorer la résistance à l'usure des grandes excavatrices minières.
Premièrement, le mécanisme de coupe
Lorsqu'une dent de godet entre en contact avec la roche (ou le minerai) sous une charge d'impact élevée, elle génère une force d'impact importante. Si la limite d'élasticité du matériau de la dent est faible, son extrémité subit une déformation plastique, favorisant la formation d'un sillon plastique. Par ailleurs, lors de l'insertion de la dent dans la roche (ou le minerai), si sa dureté est inférieure à celle de la roche (ou du minerai), les particules de roche (ou de minerai) sont repoussées contre sa surface, produisant de longs copeaux incurvés ou spiralés et formant une rainure de coupe, parfois accompagnée de microcopeaux. Sous l'effet du cisaillement et d'un grand nombre de déformations, le copeau génère une importante chaleur latente de déformation, des marches de glissement rapprochées et bien agencées apparaissent, ainsi que des rides. De plus, son frottement avec la roche (minerai) produit de la chaleur de frottement. L'effet combiné de la chaleur latente de déformation et de la chaleur de frottement provoque une forte augmentation de la température du copeau, une recristallisation dynamique, un adoucissement par revenu, un changement de phase dynamique, etc., modifiant ainsi la structure interne du copeau. Un phénomène de fusion locale peut également apparaître dans certains cas.
Deuxièmement, mécanisme de pelage par fatigue
La dent du godet s'enfonce dans la roche (minerai) et effectue un mouvement de va-et-vient. Le sillon de labour plastique formé à sa surface est écrasé à plusieurs reprises par les particules de roche lors de la remontée, créant ainsi une surface métallique à plusieurs écoulements. Lorsque la contrainte exercée sur le matériau de la dent dépasse sa limite de résistance, des fissures, notamment des fissures de fragilité, apparaissent. Les premières fissures sont perpendiculaires à la direction d'usure, tandis que les secondes sont parallèles à cette direction. La face avant présente des rainures lisses, la face arrière est plus plate, et les côtés sont recouverts de stries superposées dues à la déformation par écrasement. Si la roche est anguleuse, la couche déformée est cisaillée, formant des débris plats et friables aux bords rugueux. Par ailleurs, lors de frottements répétés entre la dent du godet et la roche, la déformation plastique de la dent induit un fort écrouissage, rendant sa surface fragile. Sous l'impact violent de la roche, la dent se fragmente en éclats fragiles et présente des fissures radiales de profondeur variable. Cette caractéristique de fissuration fragile est également un mécanisme d'écaillage par fatigue. Le mécanisme de défaillance par usure est lié au matériau et aux conditions de fonctionnement, et comprend principalement la coupe, l'écaillage par fatigue et d'autres mécanismes. De manière générale, le mécanisme de coupe domine le processus de défaillance par usure des dents du godet, représentant plus de 7 %. Avec l'augmentation de la dureté des dents du godet, le mécanisme d'écaillage par fatigue augmente progressivement, représentant 2 à 3 %. Lorsque la dureté du matériau atteint sa limite supérieure, la fragilité augmente et un écaillage fragile peut se produire. Pour les conditions de fonctionnement où le mécanisme de coupe domine, l'amélioration de la dureté du matériau des dents du godet contribue à améliorer sa résistance à l'usure. Concernant le mécanisme d'écaillage par fatigue, le matériau doit présenter un ajustement dur et tenace.Dureté élevéeUne ténacité à la rupture élevée, une faible vitesse de propagation des fissures et une résistance élevée à la fatigue par impact contribuent toutes à améliorer la résistance à l'usure des matériaux.
Date de publication : 27 juin 2023