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Auteur(s)
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Dimitris PANTELIS : Ingénieur de l’École Polytechnique d’Athènes - Docteur Ingénieur de l’École Centrale de Paris - Responsable de l’Équipe Laser du Laboratoire Matériaux de l’École Centrale de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans l’évolution des matériaux modernes, les multimatériaux tiennent une place privilégiée car ils permettent de concilier des propriétés incompatibles dans un matériau unique. Ils sont aussi maintes fois la source de substantielles économies. Or, c’est fréquemment par les traitements localisés ou superficiels que l’on peut réaliser des multimatériaux performants.
Dans l’ensemble des traitements thermiques des aciers, la part des traitements thermiques superficiels ne cesse d’augmenter au fil des années par rapport à celle des traitements dans la masse (40 % prévu en 2000 contre 10 % estimé en 1975).
Les densités de puissance (ou intensités laser) disponibles par les sources utilisées pour les traitements superficiels des matériaux sont les suivantes :
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Chalumeau : 1,5 × 10 3 W/cm 2
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Induction : 2,5 × 10 4 W/cm 2
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Fusion à l’arc : 5 × 10 4 à 10 6 W/cm 2
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Plasma : 5 × 10 4 à 10 8 W/cm 2
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Faisceau laser et faisceau d’électrons : 10 8 à 10 10 W/cm 2
Parmi les techniques utilisées pour les traitements thermiques superficiels, la plus récente met en œuvre des faisceaux à haute densité d’énergie FHDE (faisceaux laser et faisceau d’électrons).
Les possibilités d’utilisation de ces sources foisonnent car leur utilisation réduit les risques de déformations et permet une bonne productivité et une grande flexibilité, notamment pour le laser, où la conduite du faisceau par des systèmes optiques appropriés rend possible le traitement de zones difficilement accessibles par d’autres procédés.
La brièveté des cycles thermiques, grâce à l’extrême puissance mise en jeu, permet l’obtention de structures originales et nouvelles, difficiles ou impossibles à obtenir par d’autres moyens.
Cependant, si beaucoup de travaux de recherche sont entrepris, les applications industrielles sont plus rares .
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Comparaisons et conclusions
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4. Applications
Dès que le laser a été créé, la perspective de son impact industriel est apparue rapidement. Après presque 30 ans de développement, le laser a trouvé beaucoup d’applications industrielles, comme le découpage, le perçage, le soudage et les traitements superficiels. Actuellement, le laser est la seule source de chaleur disponible, permettant d’obtenir des densités de puissance dans l’air très élevées (de l’ordre de 108 W/cm2). Par conséquent, les procédés par faisceau laser et ceux par faisceau d’électrons, qui sont moins récents, sont souvent meilleurs que toutes les autres méthodes lorsque l’on recherche des gradients importants de température.
Puisqu’on peut focaliser un faisceau à haute densité d’énergie FHDE par des éléments optiques selon une tache d’un diamètre variable, on peut obtenir des densités de puissance différentes. Un autre paramètre important est le temps d’interaction faisceau-matériau. En faisant varier ces deux paramètres, on peut aboutir à des applications différentes. La figure ci-contre donne le domaine des différentes applications industrielles des lasers en fonction de la densité de puissance et du temps d’interaction utilisés.
Dans le tableau ci-contre sont représentés les différents types de traitements superficiels par FHDE, suivant le faisceau préférentiellement utilisé et les profondeurs affectées par le traitement. Les principaux types de traitements seront détaillés dans ce paragraphe.
4.1 Traitements superficiels en phase solide
Dans ce cas, il s’agit de chauffer par un faisceau à haute densité d’énergie une couche superficielle du matériau à traiter, sans atteindre la fusion en surface. Ce chauffage et le refroidissement rapide qui le suit conduisent à créer des transformations telles que la transformation martensitique dans le cas des alliages ferreux et des alliages de titane, le durcissement structural superficiel (suivi d’un revenu) dans le cas des alliages légers, la restauration et le recuit. La diffusion des éléments constituant le matériau, pendant la phase de chauffage est responsable de ces traitements.
Le traitement en phase solide est utilisé principalement dans le cas des alliages ferreux (aciers et fontes) qui subissent la transformation martensitique permettant...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAILLET (H.) - Le laser. Principes et techniques d’application - . Technique et Documentation Lavoisier 1986.
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(2) - VANNES (A.B.) - Laser et industrie de transformation. - Technique et Documentation Lavoisier 1986.
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(3) - SOARES (O.D.D.) et PEREZ-AMOR (M.) - Applied laser tooling. - Martinus Nijhoff Publishers 1987.
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(4) - ELLOY (J.F.) - Les lasers de puissance. Applications. - Masson 1985.
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(5) - ORSFAG (A.) et HEPNER (G.) - Les lasers et leurs applications. - Masson 1980.
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(6) - SIEGMAN (A.E.) - Lasers. - University Science Books 1976.
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(7) - HARRY (J.E.) - Industrial...
Club laser de puissance CLP Association pour la promotion des applications des lasers de puissance
Auprès de cet organisme, on trouve :
-
les centres de recherche et les laboratoires qui travaillent dans ce domaine,
-
les normes et les réglementations diverses,
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les utilisateurs des systèmes laser,
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les données du marché des lasers industriels,
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une documentation variée.
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