Séminaire – Génération de matériaux à gradient de propriétés par traitements de surface mécaniques

Delphine Retraint

Unité de Recherche LASMIS, Université de Technologie de Troyes, 10004, Troyes, France

Jeudi 25 mai 14h
(Salle à définir)

Mots-clés : traitement de nanocristallisation superficielle (NCS ou SMAT) ; nanostructure ; propriétés mécaniques ; essais de traction et de fatigue ; alliages métalliques ; couplage SMAT/co-laminage, couplage SMAT/traitements thermochimiques

Résumé : Le procédé SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) est un traitement de déformation plastique sévère dérivé du grenaillage. Des billes viennent alors frapper la surface de la pièce à traiter de façon aléatoire ce qui génère, après un certain temps de traitement, un fort gradient de taille de grains : une nouvelle couche nanocristalline est ainsi créée à la surface du matériau traité associée à une couche de transition constituée de grains de taille allant de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la surface traitée.

Ce gradient de microstructure est associé à un gradient de propriétés mécaniques. Ainsi, un gradient de dureté est généré après SMAT. Il en est de même quant à l’écrouissage ou encore à la génération de contraintes résiduelles. L’ensemble de ces gradients, tant microstructuraux que mécaniques, confèrent à la pièce des propriétés macroscopiques très intéressantes.

D’un point de vue mécanique, ce traitement permet d’augmenter la limite d’élasticité, la contrainte à rupture ainsi que la durée de vie en fatigue des pièces traitées par SMAT. Ces améliorations peuvent être attribuées non seulement au gradient microstructural présent mais également à la modification de la rugosité, de la dureté superficielle et à la génération de contraintes résiduelles de compression de surface générées par le traitement. Le SMAT permet également d’améliorer la résistance à l’usure et/ou à la corrosion.

Par ailleurs, il peut être couplé à d’autres procédés comme le co-laminage pour générer des structures composites multicouches nanocristallines aux propriétés mécaniques encore plus élevées. Il peut également être couplé à des traitements thermochimiques comme la nitruration : la grande fraction volumique de joints de grains générés pendant le traitement SMAT permet une meilleure diffusion de l’azote, sur une épaisseur plus importante. Les propriétés des pièces ainsi traitées s’en voient améliorées (oxydation, usure…). Le SMAT peut également être utilisé comme post-traitement sur des pièces métalliques obtenues par fabrication additive.

Différents exemples d’illustration seront abordés au cours de cet exposé portant sur des aciers, alliages de titane ou encore des alliages base cobalt ou base nickel.