Optimisation de la trempe superficielle par laser d'alliages base fer : Application à l’amélioration du comportement en fatigue des vilebrequins

= Optimization of laser surface hardening of iron-base alloys : Application to the improvement of the crankshafts fatigue behaviour

• Auteur / Autrice : Christophe Renard
• Direction : Jacques Merlin
• 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

Acier -- Trempe

Contraintes résiduelles

Lasers à gaz

Résumé

Dans le cadre d'une action engagée avec un industriel français concernant le traitement des congés de vilebrequin par laser CO2 , cette étude présente la méthodologie adoptée pour réaliser ce type de traitement superficiel en phase solide sur des alliages base fer (aciers et fonte). Pour cela, les paramètres pertinents gouvernant l'interaction laser-materiau sont précisément dégagés et un modèle thermique aussi simple qu'analytique permettant le choix des conditions opératoires est développé. Le traitement des différentes nuances est effectué au moyen d'un dispositif optique de transformation de faisceau par division et recombinaison. La reproductibilité de tous les essais lasers est assurée par un suivi en temps réel de la température de surface atteinte en cours de traitement. Ensuite, une caractérisation métallurgique et mécanique des matériaux traités est engagée. Ce savoir faire est ensuite appliqué au traitement d'éprouvettes de simulation de vilebrequin. Une dernière partie est réservée à une analyse précise de l'ensemble des résultats de fatigue au moyen du critère de Crossland ce qui permet de montrer la bonne cohérence entre le s résultats obtenus sur des éprouvettes de géométrie différente et par là même de préciser l'amélioration du comportement en fatigue susceptible d'être atteint sur un vilebrequin dont les congés seraient traités par laser

Within the scope of a project supported by a French manufacturer concerning the treatment of crankshaft fillets by CO2 laser, we present in this stud y our methodology concerning solid state treatments of iron base alloys (carbon steels and grey cast iron). For that, the pertinent parameters governing laser-material interaction are precisely extracted and a thermal model permitting the choice of the opera ting conditions is developed. The treatments of the different studied shades are realized with an optical device of beam transformation by the mean of division and recombination. The reproducibility of the whole laser treatments is assumed by leading ''in line'' surface temperature. Then a metallurgical an d mechanical characterization of the treated materials is applied an notched specimens. Our knowledge is transferred to samples that simulate crankshaft fillets. In the last part, the whole results of fatigue tests is analysed in term Crossland fatigue criterion in order to show t he good agreement between the results obtained on samples having different to precise the improvement of fatigue behaviour susceptible to be reached on a crankshaft whose fillets should be treated by laser.