CHAPITRE 6 - MÉTHODES DE PRÉPARATION DES SURFACES
271
Sur une surface grenaillée, on s’intéresse aux contraintes superficielles, à la
rugosité et à l’amélioration apportée à la tenue en fatigue de la pièce ; la
figure 2.20 en donne un bon exemple.
Avant de procéder à de coûteux essais de fatigue il faut s’assurer de l’absence
de fissures et de replis. Sur de l’acier ces défauts dépendent de la nuance et de
l’usinage avant grenaillage : formation de fissures courtes (10 pm) pour des taux
de recouvrement de 125 à 150 %, formation de fissures longues pour 300 %.
L‘exemple de la section 1 du chapitre 7 illustre ces aspects.
Le galetage est un procédé dérivé qui consiste à faire rouler u n galet qui
écrase la surface à traiter. Le résultat dépend de la force de contact, des différences de dureté entre galet et surface et de la vitesse davance ; cette vitesse est
limitée par la formation d’une << vague >> de matière qui précède le galet. Par galetage on peut traiter une profondeur plus importante que par grenaillage : en pratique, ce procédé est essentiellement appliqué au traitement des congés de raccordement des vilebrequins de moteurs thermiques.
3.2. Exemple du choc laser
À l’aide de lasers pulsés, on envoie sur la surface des impulsions de forte énergie
(quelques dizaines de joules) pendant des temps très courts, de l’ordre de
quelques nanosecondes (voir Fig. 6.7). Ainsi que nous l’avons vu, des densités de
puissance supérieures au GW.cm-2 conduisent à la vaporisation et à la formation d u n plasma. Ce plasma est caractérisé par une haute pression pouvant
atteindre 5 GPa et par une température superficielle très élevée (10 O 0 0 K), sa
détente brutale génère une onde de choc à la surface du matériau.
La possibilité de créer de telles ondes de choc a été montrée un peu avant
1970 mais il est apparu très vite que le transfert d’énergie du plasma vers la surface ne peut être suffisant qu’au prix d’un confinement du plasma qui en retarde
l’expansion (brevets du Batelle Institute en 1973 et en 1983). Ces techniques
rejoignent les recherches sur l’emploi des lasers pour la maîtrise de la fusion
thermonucléaire.
En confinant le plasma on augmente la pression d’un facteur 10 et on double
le temps de maintien. Le milieu confinant peut être du verre ou de l’eau. Divers
travaux montrent la faisabilité de la méthode à condition de disposer de lasers
développant a u moins 100 J en 30 n s avec une fréquence de répétition du
Hzi15)i16)i 17). Sur des alliages d’aluminium moulés on obtient (laser verre dopé
néodyme à 1.06 pm de longueur d’onde, impulsions de 2 x 80 J pendant
(15) Fournier J., Génération d’ondes de choc par laser pulsé de forte énergie. Applications
mécaniques et métallurgiques, Thèse, École Polytechnique ( 1989).
(16) Fournier J., Le Choc laser : un traitement de surface concurrent futur du galetage et
du grenaillage, Trait. Therm. 239 (1990) 27-3 1.
(17) Peyre P., Merrien P. et al., Renforcement d‘alliages d’aluminium moulés par onde de
choc laser, Matér. Techn. 6-7 (1993) 7-12.
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Sur une surface grenaillée, on s’intéresse aux contraintes superficielles, à la
rugosité et à l’amélioration apportée à la tenue en fatigue de la pièce ; la
figure 2.20 en donne un bon exemple.
Avant de procéder à de coûteux essais de fatigue il faut s’assurer de l’absence
de fissures et de replis. Sur de l’acier ces défauts dépendent de la nuance et de
l’usinage avant grenaillage : formation de fissures courtes (10 pm) pour des taux
de recouvrement de 125 à 150 %, formation de fissures longues pour 300 %.
L‘exemple de la section 1 du chapitre 7 illustre ces aspects.
Le galetage est un procédé dérivé qui consiste à faire rouler u n galet qui
écrase la surface à traiter. Le résultat dépend de la force de contact, des différences de dureté entre galet et surface et de la vitesse davance ; cette vitesse est
limitée par la formation d’une << vague >> de matière qui précède le galet. Par galetage on peut traiter une profondeur plus importante que par grenaillage : en pratique, ce procédé est essentiellement appliqué au traitement des congés de raccordement des vilebrequins de moteurs thermiques.
3.2. Exemple du choc laser
À l’aide de lasers pulsés, on envoie sur la surface des impulsions de forte énergie
(quelques dizaines de joules) pendant des temps très courts, de l’ordre de
quelques nanosecondes (voir Fig. 6.7). Ainsi que nous l’avons vu, des densités de
puissance supérieures au GW.cm-2 conduisent à la vaporisation et à la formation d u n plasma. Ce plasma est caractérisé par une haute pression pouvant
atteindre 5 GPa et par une température superficielle très élevée (10 O 0 0 K), sa
détente brutale génère une onde de choc à la surface du matériau.
La possibilité de créer de telles ondes de choc a été montrée un peu avant
1970 mais il est apparu très vite que le transfert d’énergie du plasma vers la surface ne peut être suffisant qu’au prix d’un confinement du plasma qui en retarde
l’expansion (brevets du Batelle Institute en 1973 et en 1983). Ces techniques
rejoignent les recherches sur l’emploi des lasers pour la maîtrise de la fusion
thermonucléaire.
En confinant le plasma on augmente la pression d’un facteur 10 et on double
le temps de maintien. Le milieu confinant peut être du verre ou de l’eau. Divers
travaux montrent la faisabilité de la méthode à condition de disposer de lasers
développant a u moins 100 J en 30 n s avec une fréquence de répétition du
Hzi15)i16)i 17). Sur des alliages d’aluminium moulés on obtient (laser verre dopé
néodyme à 1.06 pm de longueur d’onde, impulsions de 2 x 80 J pendant
(15) Fournier J., Génération d’ondes de choc par laser pulsé de forte énergie. Applications
mécaniques et métallurgiques, Thèse, École Polytechnique ( 1989).
(16) Fournier J., Le Choc laser : un traitement de surface concurrent futur du galetage et
du grenaillage, Trait. Therm. 239 (1990) 27-3 1.
(17) Peyre P., Merrien P. et al., Renforcement d‘alliages d’aluminium moulés par onde de
choc laser, Matér. Techn. 6-7 (1993) 7-12.