Caractérisation et modélisation métallurgique et mécanique de matériaux à gradients fonctionnels réalisés par projection thermique

Abstract

Dans le cadre de ce travail, nous nous proposons d'abord d'élaborer par projection thermique deux différents tupes de matériaux à gradients fonctionnels. La deuxième partie consiste en une caractérisation métallurgique et mécanique de ces matériaux élaborés. Une troisième partie concerne la détermination numérique des contraintes résiduelles moyennant la méthode des éléments finis et l'utilisation du logiciel Systus. La caractérisation expérimentale consiste principalement en une analyse métallographique des structures, une filiation de microdureté et des tests d'adhérence des différents dépôts sur le substrat. La détermination expérimentale des contraintes résiduelles a été réalisée par une méthode extensométrique et un polissage électrolytique progressif. Le substrat est en acier 35CrMo4 sur lequel deux genres de dépôts ont été projetés: - Le premier est la combinaison simultanée de deux aciers spéciaux, l'un au chrome-nickel de nuance industrielle 55E et l'autre au chrome-manganèse de nuance 65E déposés par un pistolet à arc électrique. - Le deuxième est le molybdène de nuance industrielle 99E déposé par un pistolet à la flamme oxy-accétylènique. L'importance d'une sous-couche d'accrochage en nickel-aluminium de nuance 75E ainsi que l'effet d'un post traitement de recuit à 85°C pendant une heure sur le comportement métallurgique et mécanique des différents multimatériaux ont été étudiés. Les résultats expérimentaux ont montré que la structure des revêtements est conforme à ce qui est classiquement obtenu dans de tels procédés de projection thermique et que leur adhérence sur le substrat est globalement bonne mais meilleure dans le cas du molybdène. La détermination expérimentale des contraintes résiduelles a montré que les dépôts sont généralement en compression et que le post-traitement à permis de réduire cette compression. Le substrat est superficiellement en compression puis les contraintes ont tendance à s'annuler. La sous couche d'accrochage a joué le rôle de ralentisseur, ce qui a permis d'avoir des contraintes moins intenses sur le substrat comparativement aux autres cas. Le modèle numérique a d'abord montré que le refroidissement du déôt (quelque soit sa nature) se fait très rapidement au contact du substrat. Les contraintes résiduelles obtenues pour les deux cas concernés par cette étude numérique évoluent sensiblement de la même manière que l'expérience et renseignent assez bien sur le champ de contraintes existant dans la globalité des structures élaborées.