Realisation d'alliages de surface sous faisceau laser : application au renforcement des aciers par injection de carbures

par GUO QIANG SONG

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de A. CORNET.

Soutenue en 1995

à Strasbourg 1 .

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  • Résumé

    Un recensement des differentes etudes realisees dans le domaine de l'alliage de surface par laser, nous a tout d'abord permis de faire le lien entre les differentes microstructures rencontrees dans les aciers constituant les outils de coupe et leurs proprietes mecaniques, entre le choix des divers materiaux utilises en modification de surface et la nature des liaisons chimiques entre particules d'apport et matrices. A la suite de ce travail, nous avons realise, a l'aide d'un laser co#2, des alliages de surface en injectant trois types de poudres: du carbure de tungstene enrobe de nickel, du carbure de bore, et un melange de carbure de bore et de zircone, dans deux types de substrat: acier rapide m42 et acier 35cd4. Chaque couche traitee par laser a ete caracterisee par des mesures de microdurete, de contraintes residuelles, des observations metallographiques realisees au microscope optique et au microscope electronique au balayage, des analyses de phases par diffraction de rayons x et par spectroscopie electronique auger. Trois series d'essais ont ete effectuees: a. Injection de carbure de tungstene et de carbure de bore dans l'acier rapide m42 l'acier rapide m42 refondu par laser sans injection de poudre atteint une durete de 1000 hv ; une injection de poudre de carbure de tungstene permet, a condition de maintenir un debit de poudre inferieur a 3 g/mn, d'obtenir apres revenu une durete de 1200 hv, due a la presence de martensite et de carbures de type m#2#3c#6 et m#1#2c. L'injection de carbure de bore donne une microstructure plus heterogene ou l'on rencontre des phases de fer et fer , de borure de fer fe#2#3b et fe#3b, de carbure m#6c et du carbure de bore non dissous: un debit de 0. 8 g/mn a permis d'obtenir des valeurs de durete comprises entre 1300 hv et 1900 hv dans la zone fondue. B. Injection de carbure de bore dans l'acier 35cd4 l'acier 35cd4 refondu par laser a une durete de 800 hv due a la martensite et ne presente ni fissure ni porosite. L'injection de carbure de bore avec debit de poudre optimise permet l'obtention d'un cordon non poreux et sans fissure a condition de prechauffer prealablement: dans ce cas, la durete variant de 1400 a 1800 hv est due a une structure tres fine et homogene ou le carbure de bore bien dissous permet la diffusion du bore et du carbone ainsi que la formation de borure de fer fe#2b (1800 hv) et d'eutectiques tres fins. L'acier 35cd4 traite par laser voit ainsi ses proprietes de surface rejoindre celles des aciers rapides plus chers et generalement plus performants. C. Injection d'un melange b#4c et zircone zro#2 dans l'acier 35cd4 le but de cette injection est d'optimiser les conditions operatoires rencontrees avec le b#4c seul en utilisant de la zircone permettant de supprimer l'etape de prechauffage indispensable a la disparition des fissures: en effet zro#2 introduit des contraintes en compression dans la zone fondue qui permet de refermer les fissures. Zro#2 se trouve alors a l'etat de phase tetragonale instable a l'interieur de la zone fondue qui presente une durete constante de 1400 hv sur une profondeur de 1. 8 mm. Des alliages de surface remarquables par leur durete et leurs proprietes mecaniques ont ainsi ete realises par injection de carbure de bore et oxyde de zirconium ; leur microstructure, tres reproductible dans les conditions experimentales utilisees, ne presente ni fissure ni porosite. Leur utilisation devrait presenter un interet economique certain dans le domaine industriel. Mais surtout, d'un point de vue theorique, cette etude nous a permis d'etablir le role stabilisant joue par l'oxyde de zirconium au niveau de la repartition des contraintes occasionnees par l'introduction de particules dures dans un substrat sous faisceau laser et de preciser ainsi les differents mecanismes qui entrent en jeu lors de la solidification de tels alliages

  • Titre traduit

    Steel hardening using laser surface alloying with carbide powder injection


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Informations

  • Détails : 183 P.
  • Annexes : 97 REF.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.1995;2168
  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : H 503.000,1995
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