Analyse des contraintes résiduelles dans les dépôts réalisés par rechargement laser sur alliage d'aluminium

Abstract
Superficial characteristics of a substrate, particularly the hardness, the elastic modulus and the wear resistance can be considerably improved by laser cladding. This high energy process causes thermal stresses, leading to residual stresses and substrate distortions. In this study, laser cladding is carried out onto an aluminium alloy with a Nd:YAG laser and a coaxial injection of Al 50Si powders. Residual stresses are determined by X-ray diffraction and by sample strain measurement. The differences of results between these two ways highlight the influence of the heat-affected zone (HAZ) under the coating. These differences can be explained by a model of three blocks: the coating, the HAZ and the substrate. The experimentation shows an optimal treatment speed, leading to maximum compression stresses interesting for the hardness and the wear resistance. Moreover, at a certain fixed speed, the thermal stresses balance each other in the sample and lead to the no-distortion of the substrate.

Résumé
Par la formation d'un dépôt, le rechargement laser permet d'amé liorer les caractéristiques superficielles d'un substrat, en particulier la dureté, le module d'élasticité et la résistance à l'usure. Ce procédé utilisant un faisceau de haute énergie crée dans le matériau traité des contraintes résiduelles d'origine thermique et des déformations du substrat. Dans cet article, le rechargement laser a été réalisé sur un alliage d'aluminium grâce à un laser Nd YAG et une injection coaxiale de poudres Al 50Si. Les contraintes résiduelles ont été étudiées par diffraction des rayons X et par la méthode de la flèche. Les différences de résultats entre ces deux méthodes ont permis de mettre en évidence l'influence de la zone affectée thermique (ZAT) en dessous du dépôt et ont pu être expliquées à l'aide d'un modèle de blocs correspondant respectivement au dépôt, à la ZAT et au substrat. L'expérimentation a révélé, entre autres, une vitesse de traitement optimale qui crée des contraintes résiduelles maximales de compression, bénéfiques pour la dureté et la résistance à l'usure. Il est également apparu que pour une autre vitesse particulière de traitement, les contraintes thermiques s'équilibrent dans le substrat, entrainant une déformation nulle pour un échantillon d'épaisseur donnée.