Etude du choc laser sur l'alliage de titane Ti-17 : application aux plaques minces

Study of laser shock peening on Ti-17 titanium alloy : application to thin plates

• Auteur / Autrice : Christophe Cellard
• Direction : Manuel François, Delphine Retraint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Rugosité

Contraintes résiduelles

Traitements de surface

Titane -- Alliages

Résumé

Le choc laser est un traitement de surface permettant de renforcer la surface, principalement par l’introduction de contraintes résiduelles. La caractérisation du choc laser sur l’alliage de titane Ti-17 est effectuée avec un plan d’expériences. Les facteurs étudiés sont la puissance, la durée et le nombre des impacts du laser ainsi que l’épaisseur de la structure. Les réponses analysées sont l’écrouissage, la courbure, la rugosité et les contraintes résiduelles. Lorsqu’on cherche à appliquer la méthode du perçage incrémental à des plaques minces, sa formulation classique ne convient plus. Différentes solutions ont donc été proposées pour adapter cette méthode. Des modèles éléments-finis ont été mis au point pour calculer les coefficients de calibration pour différents modes de fixation des échantillons. Différents supports ont été testés expérimentalement pour maintenir les échantillons sans introduire d’erreurs systématiques. L’analyse du plan d’expériences a permis de caractériser les effets des différents paramètres étudiés sur les réponses. Ainsi, on constate que les variations de dureté dues au procédé sont essentiellement le fait des contraintes résiduelles et relativement peu de l’écrouissage. Deux méthodes ont été mises en place pour déterminer les profils de contraintes résiduelles complets et de déformations plastiques pour les échantillons épais. A partir des profils de déformations plastiques, une méthode pour retrouver le profil des contraintes résiduelles des échantillons minces a été proposée

Several prestressing treatments have been developed to protect or reinforce components surface without modifying global characteristics. With the coming of new technologies, a new mechanical treatment was introduced: laser shock peening. Laser shock peening on Ti-17 titanium alloy and in particular on thin plates is analyzed with a full factorial design of 24 experiments. Studied factors are power, duration and number of impacts as well as the specimen thickness. Analyzed variables are work hardening, curvature, roughness and residual stresses. When applied to thin specimen the classical protocol for hole drilling stress measurement is no longer suitable. Different solutions are thus suggested to adapt this method. Finite elements models are carried out to calculate calibration coefficients for various clamping modes. Different clamping methods are tested to hold the specimens without introducing systematic errors. The analysis of the experimental design has characterized the effects of the different studied parameters on the variables. Correlations between variables and analytical models have been made. It was found that hardness variations are mainly due to residual stresses rather than work-hardening. Two methods have been implemented to de-terminate the complete residual stress and plastic strain profiles of thick specimens. From plastic strain profiles, a method to determine the residual stress profiles of thin specimens has been proposed