Durcissement superficiel par irradiation laser CO2 et néodyme - YAG d'alliage a base de fer de type fonte : Application à la trempe superficielle des alésages d'un bloc cylindre de véhicule automobile

= Surface hardening by means of CO2 and Neodymium-YAG laser beam irradiation of an iron alloy (type: grey cast-iron) : Application to hard facing of an automotive integral bloc-cylinder inner diameters

• Auteur / Autrice : Pascal Kirat
• Direction : Jean-Marc Pelletier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Moteurs -- Cylindres

Métaux -- Traitement thermique

Lasers à gaz

Résumé

Dans le cadre des traitements de surface par lasers de puissance CO2 et YAG, nous nous sommes intéressés à la trempe superficielle de la fonte à graphite lamellaire et à matrice perlitique qui constitue les bloc-moteurs de véhicules automobiles. Ce travail porte d'abord sur l'amélioration du couplage entre le faisceau laser et la surface métallique. Plusieurs revêtements absorbants sont testés. Une études expérimentale a permis de déterminer les paramètres (densité d puissance, temps d'interaction) conduisant à la trempe martensitique sur une profondeur donnée. Les résultats expérimentaux sont comparés aux prévisions d'un modèle thermique ana lytique reposant sur la résolution de l'équation de conduction de la chaleur au travers d'un milieu semi-infini constitué par un matériaux homogène et isotrope. Des traitements de trempe superficielle ont été réalisées par un laser CO2 continu et avec des lasers YAG impulsionnel et continu. Les échantillons traités sont caractérisés en trempes de microstructure, de dimensions et de dureté des zones durcies. La rugosité de la surface induite par la trempe est aussi mesurée. Enfin, un montage optique original basé du un miroir à génératrice parabolique a été développé. Il a servit à effectuer la trempe des alèses des cylindres de bloc-moteurs de véhicules automobiles

In the scope of surface treatments by CO2 and YAG power lasers, we are interested by the superficial hardening of a grey cast iron containing lamellar graphite in a perlite matrix. Th is material is the constituent of the automotive vehicles cylinder-blocs. An experimental study has allowed us to determine the parameters (power density, beam dwell time) leading to martensitic quenching under a given depth. Experimental results are compared with the expectations of an analytical model based on the heat conduction equation across a semi-infinite isotropic homogeneous medium. Some superficial quenching treatments are performed with CO2 and YAG continuous wave lasers and with a pulsed YAG laser, the treated samples were characterized in words of heat affected zone micro structures, dimensions and hardness. The surface roughness induced by the quenching is measured too. Finally, an optical inventive mounting has been developed. It was to perform the superficial quenching with a CO2 laser in an automotive cylinder-bloc inner diameters. A study of various absorptive coating is proposed too.