Grenailles sphériques en acier FORT CARBON ou LEGER CARBON
Le grenaillage est un procédé mécanique de traitement de surface, l'utilisation de la grenaille d'acier sphérique étant courante dans de nombreuses industries, à savoir les fonderies et la métallurgie, pour le meulage, l'élimination de l'oxydation ou la création de rugosités.
Les grenailles d'acier sphériques sont également utilisées pour augmenter la résistance des surfaces par "grenaillage", grâce à l'énergie cinétique des particules de grenaille, en comprimant la surface.
En raison de leur composition, ces grenailles sont de préférence utilisées sur des métaux ferreux ou d'autres surfaces pouvant subir une certaine oxydation.
Les facteurs habituellement pris en compte pour l'évaluation de la qualité d'une grenaille d'acier sont liés à sa DURABILITÉ et à son INTENSITÉ d'impact (effet de grenaillage en surface).
La DURABILITÉ d'une grenaille est déterminée par le nombre de cycles effectués, sans être retiré du mélange opératoire par le système de nettoyage de la grenaille, en raison de sa petite taille.
Ainsi, plus un tir effectue de cycles, plus il sera économique.
La durabilité d'une grenaille d'acier peut être testée dans un équipement communément appelé "Ervin Tester", en comparant, dans les mêmes conditions, sa durabilité avec d'autres grenailles d'acier.
La durabilité des grenailles sphériques en acier moulé est généralement d'environ 2000 à 3500 cycles. Le résultat obtenu dépend beaucoup de la taille de la grenaille analysée et de la limite minimale spécifiée pour les particules utilisées dans le mélange opératoire.
Cette limite minimale se traduit par l'utilisation d'une maille d'une certaine ouverture, pour l'élimination des particules les plus fines, dues à l'usure ou à la casse, des particules restantes à granulométrie plus élevée.
Comme une certaine tolérance est autorisée dans le choix de la limite minimale de particules dans le mélange opérationnel, la comparaison rigoureuse des données transmises par différents fabricants concernant la durabilité de la grenaille est inutile, car les informations sont basées sur des conditions ou des hypothèses différentes.
De même, bien que les fabricants mentionnent que les résultats sont basés sur les mêmes normes, les variations autorisées dans ces mêmes normes invalident toute comparaison exacte entre les valeurs présentées pour les différents clichés.
La figure 1 représente la durabilité obtenue en laboratoire par cinq échantillons de grenailles d'acier moulées sphériques de différents fabricants.
Figure 1- Durabilité de 5 échantillons de grenaille
L'INTENSITÉ de grenaillage/grenaille détermine l'effet de la grenaille d'acier sur la surface et est déterminée selon le « test d'Almen » - du nom de son inventeur.
Ce processus de mesure d'intensité est basé sur l'utilisation d'une plaque d'acier avec une dimension et une composition de matériau bien définies. La plaque Almen est fixée sur des supports spécifiques sur la pièce à traiter dans la grenailleuse, de manière à ce qu'elle soit grenaillée dans les mêmes conditions (ex. angle, distance) que la pièce réelle.
Après le grenaillage, la déflexion de la plaque Almen est mesurée en millimètres dans le "Almen Tester", pour déterminer l'intensité du grenaillage.
Il est ainsi possible de mesurer l'intensité d'une nouvelle charge de tir, ou d'un mélange opérationnel en fonctionnement. Comme l'intensité de sablage d'un tir donné est modifiée avec le nombre de cycles effectués, le résultat du testeur Almen est également modifié en fonction du nombre de cycles effectués dans le test.
L'intensité du grenaillage influence le processus de traitement de surface et les coûts associés. Un grenaille avec une faible intensité d'impact peut nécessiter une vitesse de projection plus élevée et, par conséquent, des coûts énergétiques plus élevés.
La figure 2 représente l'intensité obtenue à partir des cinq échantillons de grenaille utilisés dans cette étude, les valeurs représentant l'intensité du grenaille après 30 cycles, 1000 cycles et 2000 cycles.
Figure 2 - Intensité de 5 échantillons de grenaille
LA COMPOSITION CHIMIQUE de la grenaille affecte la DURABILITÉ et l'INTENSITÉ.
Outre un contrôle strict du processus de production, il existe d'autres causes à l'existence de grenailles similaires avec une durabilité différente.
La durabilité et l'intensité sont fortement influencées par la dureté de la grenaille qui, à son tour, est influencée par la composition chimique, principalement par le carbone (C) présent dans la composition de la grenaille, mais aussi par le traitement thermique effectué.
Il existe principalement des grenailles à haute teneur en carbone (HC) et à faible teneur en carbone (LC) sur le marché, qui reflètent principalement les différences de composition en carbone (C), les deux qualités ayant des avantages et des inconvénients différents.
Le pourcentage de carbone (C) présent dans la grenaille à haute teneur en carbone (HC) est généralement supérieur à 0,8 % et dans la grenaille à faible teneur en carbone entre 0,1 % et 0,2 %. Il existe d'autres composants, ayant moins d'effet sur la dureté de la grenaille, dont certains peuvent améliorer la structure de la grenaille elle-même et, par conséquent, sa durabilité.
Le traitement thermique étant similaire pour les grenailles (HC et LC), ce sera la composition chimique qui déterminera les différences de durabilité et d'intensité du grenaillage.
La durabilité de la grenaille est également influencée par le pourcentage de défauts dans la grenaille elle-même, la limite étant spécifiée dans les normes SAE J827 et SAE J2175.
En raison de la vitesse de refroidissement élevée pendant le processus de production, les grenailles HC présentent un mélange de martensite et d'austénite résiduelle à la fin du refroidissement. Ces structures ont des propriétés de contraction mécaniques et thermiques différentes qui provoquent de petites fissures qui ne peuvent pas être éliminées par le traitement thermique ultérieur. En raison de cette tendance à former des fissures, les grenailles HC ont tendance à ne pas atteindre la même durabilité que les grenailles LC.
La figure 3 présente une image "cut-off" agrandie des deux qualités (HC et LC).
Figure 3 - Image agrandie des grenailles HC et LC
Quelle que soit la grenaille d'acier sphérique utilisée, les paramètres de son application influencent de manière décisive sa durabilité et son efficacité.
Un entretien régulier du matériel, ainsi que du système de nettoyage de la grenaille, afin de maintenir un mélange de fonctionnement adéquat, est une condition essentielle à l'optimisation du fonctionnement et à une moindre usure du matériel.
Bien qu'une grenaille plus dure puisse provoquer une usure un peu plus importante de l'équipement, sous réserve de la bonne qualité des principaux composants (ex. turbines), cet aspect n'est pas significatif compte tenu des principaux points à prendre en compte lors du choix de la grenaille.
La comparaison faite sur la figure 1) démontre que la durabilité de la grenaille est supérieure avec la réduction de la composition en carbone.
Dans la granulométrie considérée, les tirs LC ont une durabilité de 3500 cycles et les tirs HC ont des valeurs inférieures à 2900 cycles.
Ainsi, on peut conclure qu'en moyenne, les grenailles LC ont une durabilité 20% supérieure à celle des grenailles HC, ce qui peut signifier des économies importantes, si d'autres facteurs pertinents du processus sont pris en compte.
L'évolution de l'intensité de tir au travail, des différents tirs, est présentée sur la figure 2.
Les tirs LC sont considérablement durcis au cours des premiers cycles, augmentant ainsi leur intensité. Dans le cas des tirs HC, l'augmentation de l'intensité avec le travail est nettement plus faible voire inverse.
Même en tenant compte de l'écrouissage, la grenaille LC a généralement une intensité plus faible dans le grenaillage, par rapport à la grenaille HC.
La figure 4 montre la combinaison entre la durabilité et l'intensité des différents échantillons de grenaille de l'étude.
Figure 4 - Effet combiné de la durabilité et de l'intensité
Afin de sélectionner la meilleure option, plusieurs aspects et exigences de l'opération doivent être pris en compte, il n'est donc pas possible de répondre définitivement quel est le meilleur coup (HC ou LC).
Il convient de garder à l'esprit que la durabilité et l'intensité d'un tir sont contraires.
Avec un pourcentage de carbone inférieur, la durabilité du tir est augmentée, mais l'intensité diminue.
Avec un pourcentage de carbone plus élevé, l'intensité du sablage est augmentée, mais la durabilité du tir est réduite.
La plupart des grenailles à haute teneur en carbone (HC) atteignent une bonne intensité, mais avec une durabilité inférieure, par rapport aux grenailles à faible teneur en carbone (LC).
Le durcissement de chaque particule de grenaille à faible teneur en carbone (LC) existant dans le mélange opératoire permet d'atteindre des intensités « similaires », mais généralement inférieures à la grenaille à haute teneur en carbone (HC).
Le résultat optimal sera un compromis entre durabilité et intensité, selon les exigences spécifiques de chaque opération de grenaillage.
Les hypothèses considérées dans cet article sont basées sur la comparaison faite entre différents échantillons de grenaille, dans les mêmes conditions d'essais en laboratoire.
Les différences dans le pourcentage de défauts de chaque tir n'ont pas été prises en compte, comme spécifié dans les normes SAE J827 et SAE J2175, qui influencent également de manière décisive sa durabilité.
Dans l'étude, seules les grenailles sphériques de fonderie de différents fabricants ont été prises en compte. Les tirs d'autres types n'ont pas été inclus, comme ceux du fil coupé "CW", qui, en raison de leurs propriétés, présentent des avantages significatifs, étant de plus en plus utilisés dans différentes industries.