novembre 2014

Préparées pour les chocs

Les fournisseurs des pièces d'usure cherchent à prolonger la durée d'utilisation du matériel à l'aide de revêtements protecteurs, de pièces amovibles, d'un acier plus résistant et de fabrication additive

Par Alexandra Lopez-Pacheco

La fabrication de pièces d’usure durables peut représenter un défi, mais l’idéal consiste à trouver un équilibre entre leur dureté et leur résistance. « L’usure est en lien direct avec la dureté », affirme Maurice Picard, directeur technique régional chez l’aciériste suédois SSAB. « Si vous augmentez la dureté, la résilience, c’est-à-dire la résistance aux fissures, diminue. La meilleure pièce d’usure a donc une dureté élevée et une très bonne résilience, en particulier dans un environnement froid comme le Canada, car le froid rend le matériel plus cassant. »

Mis à part leur composition, les pièces d’usure doivent aussi être conçues de façon à être remplacées facilement afin de réduire les temps d’immobilisation et l’adhérence dans le cas de composant ajouté pour protéger des pièces vulnérables, ainsi que pour éviter des solutions complexes et lourdes qui compromettent l’efficience énergétique, la fonctionnalité et, en fin de compte, les coûts opérationnels.

Revêtements de protection

Au cours des dernières décennies, on s’est concentré sur la mise au point d’applications et de composants visant à protéger non seulement les pièces d’usure, mais aussi les structures dans leur ensemble, dont les véhicules miniers, l’équipement et les installations en général, des effets de la corrosion, de l’abrasion et des chocs, en vue de prolonger leur longévité et leur durabilité.

L’un des chefs de file dans ce secteur est Rhino Linings Australasia Pty Ltd., dont la société mère établie aux États-Unis est Rhino Linings Corporation. Dans les années 1990, la société australienne a commencé à mettre au point et à fabriquer du polyuréthane en vaporisateur et des revêtements de polyurée qui protègent le matériel du secteur minier des températures extrêmes, de la poussière, du risque d’incendie, de la corrosion, de l’abrasion et des chocs. Les revêtements adhèrent à l’acier, au béton, aux polymères renforcés de fibres de verre et aux substrats de bois préalablement préparés pour créer une barrière de protection monolithique. En plus d’être durs et résistants, les revêtements sont également très flexibles, un facteur supplémentaire de protection, car ils s’adaptent à la contraction et à la dilatation des matériaux causés par les changements de température.

Cette technologie est destinée à remplacer les matériaux de protection traditionnels collés tels que les filets de caoutchouc et les tuiles de céramique. « Ces matériaux sont très chers à installer et très longs à appliquer sur les pièces d’usure, que ce soit pour les protéger des chocs, de l’abrasion ou des attaques chimiques », déclare Denis Baker, ingénieur des projets spéciaux de la société en Australie. « Nos revêtements sont vaporisés et on peut donc leur donner n’importe quelle épaisseur, ils ne nécessitent aucun joint si bien que vous pouvez encapsuler entièrement une structure pour arrêter les chocs, la corrosion ou les attaques chimiques. Vous pouvez appliquer ces produits rapidement, car ils durcissent instantanément. La polyurée pure durcit en trois à six secondes. »

Les revêtements de polyuréthane ont un délai de prise un peu plus long, d’environ 15 à 20 secondes, mais offrent une meilleure protection contre les chocs, aussi sont-ils utilisés plus souvent pour protéger les cheminées à minerai. En fait, la société propose une large gamme de revêtements correspondant aux contraintes spécifiques subies par les différentes pièces et structures, comme les bols et les surfaces de criblage à vibrations, les aires de chargement, les convoyeurs et les réservoirs isolés.

Les revêtements peuvent aussi être utilisés comme protection à la place de la peinture et des époxydes sur les surfaces très exposées à l’usure ou aux abrasions. « Pour cela, on a besoin d’une membrane solide, durable, flexible qui restera bien fixée », souligne M. Baker. « Nous appliquons même ces revêtements sur les gros camions pour protéger leur réservoir à carburant et leur réservoir de fluide hydraulique ainsi que sur le dessous des camions, car ils ramassent de la boue sous leurs roues et leurs réservoirs sur les sites miniers et se corrodent donc très rapidement. Nous appliquons donc un revêtement de trois à quatre millimètres sur les camions-bennes et ensuite il n’est plus question de corrosion. »

Composants à fixer

La société ESCO, établie aux États-Unis, s’attaque à un autre front en matière de protection des pièces d’usure. Cette société qui existe depuis 100 ans, a mis au point une large gamme de pièces d’usure et de pièces à fixer innovantes pour les concasseurs, les chaînes et les gréements, les dragueuses et l’équipement hydraulique. Pour ESCO, la clé de la solution pour les pièces d’usure consiste à continuer d’affiner l’équilibre entre la durabilité, l’efficience et le poids. Elle a recours au prototypage rapide pour produire des modèles à faible coût permettant à ses ingénieurs de déceler les problèmes de conception au début du processus.

Le système Nemisys primé d’ESCO, par exemple, se présente sous la forme de dents qui se fixent sur le godet des pelles à traction. Il est six pour cent moins lourd que ses prédécesseurs et permet une amélioration de 20 % de l’efficience de creusage. Sa facilité d’installation est aussi l’un des points saillants du système. Quand les adaptateurs Nemisys N1 pour les dragueuses ont été installés dans une mine de charbon, l’équipe d’entretien a déclaré que le temps de dépôt et d’installation était réduit de moitié par rapport à celui qui était nécessaire pour les éléments à fixer auparavant aux pièces d’usure.

Un acier plus solide

Enfin, la mise au point d’un acier à haute résistance plus durable afin de produire des pièces d’usure qui durent plus longtemps représente le Saint Graal pour les aciéristes comme SSAB, qui a conçu une technique très efficace de dégazage par le vide pour retirer les impuretés de l’acier. C’est important, car les impuretés – qu’il s’agisse de gaz comme l’hydrogène ou le nitrogène, de traces métalliques ou non métalliques – sont le maillon faible en cas de fissures. « Cela nous permet d’obtenir une solidité et une résistance élevées », affirme M. Picard.

Pour l’acier, il existe quatre causes courantes d’usure : l’usure par glissement, l’usure par impact, l’usure par abrasion et l’usure par compression. Comme des applications différentes s’adresseront à différents degrés et différents types d’usure, SSAB a créé une large gamme d’aciers, avec des nuances différentes et à des coûts différents, pour convenir à chaque activité.

Toutes les applications n’exigeront pas le même degré de solidité ou de résistance. « Nous avons le logiciel WearCalc, un excellent outil pour les utilisateurs finaux dans les mines qui peut les aider à choisir l’acier qui convient en ce qui a trait à leurs besoins et au coût », explique M. Picard. « Le logiciel simule l’usure. Il leur suffit de nous donner des détails sur la façon dont il sera utilisé. Par exemple, dans les mines, les bennes de camions-bennes, les cheminées des broyeurs et les applications de revêtement peuvent nous donner la composition minérale du minerai, la taille des roches, l’angle d’impact et la vitesse d’impact, et nous pouvons entrer ces données dans le logiciel. Il nous prédira la durée de résistance à l’usure et comparera différentes solutions pour remédier à l’usure. »

Cela reflète aussi un autre changement d’importance dans la technologie des pièces d’usure : l’analyse sur mesure d’une pièce donnée dans un environnement donné pour déterminer et prévoir l’usure réelle qu’elle risque de subir. De SSAB à ESCO et à Rhino, la tendance se dirige vers la fourniture de pièces certes, mais aussi de services sophistiqués et d’une gestion des pièces d’usure.

Une innovation à la fine pointe

Les perspectives d’avenir pour les pièces d’usure pourraient largement s’orienter vers l’impression 3D, connue aussi sous le nom de fabrication additive. Cette technologie crée des objets par empilement de couches successives d’un matériau en poudre et a progressé très rapidement. L’un des chefs de file du secteur de la fabrication additive est le groupe américain NanoSteel.

En septembre, la société a annoncé qu’elle avait réussi à fabriquer une pièce échantillon exempte de fissures à 99,92 %, présentant des valeurs de dureté élevée dépassant les 1 000 HV (mesurée au moyen du test de dureté Vickers) et une résistance à l’usure comparable aux aciers à outils fabriqués de façon conventionnelle de type 2. Il s’agit là d’une avancée majeure pour la méthode de fabrication 3D connue sous le nom de frittage direct au laser puisque, jusqu’à maintenant, les matériaux métalliques ayant une dureté élevée avaient une tendance à se fissurer. Selon Harald Lemke, directeur général, Fabrication des poudres, à NanoSteel, ce qui est le plus prometteur c’est que la société ait choisi d’utiliser l’un de ses alliages les plus difficiles, qui a tendance à se fissurer quand sa dureté est plus élevée, pour effectuer son essai initial. « C’est le premier pas à franchir pour voir quelles limites les caractéristiques de dureté et de résistance peuvent atteindre », explique-t-il. La société s’attend à des résultats satisfaisants de ses essais sur d’autres alliages, différentes applications et différentes formes.

Considérant que NanoSteel a de 300 à 400 alliages, Harald Lemke prévoit que ce qui semblait inimaginable il n’y a pas si longtemps pourrait devenir une réalité dans un avenir assez rapproché. « On pourra sélectionner la microstructure de l’alliage selon les exigences de performance de la pièce ou du composant. En fait, ce qu’on a ce sont des particules très fines, mais très dures, incorporées dans un matériau plus souple. On pourra donc modifier le rapport entre la dureté et la souplesse et la forme des micrograins, et préciser si on veut quelque chose ayant plus de dureté, de résistance, de résistance à la traction ou d’élongation » explique-t-il. « Tout cela [s’ajoute aux] avantages de la fabrication additive, c’est-à-dire que si vous avez besoin d’une pièce très rapidement alors que vous êtes dans un endroit isolé, comme c’est souvent le cas dans l’industrie minière, vous pouvez fabriquer cette pièce sur place. »

Traduit par CNW


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