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La modification locale de la surface (souvent appelée « traitement de la couche superficielle ») permet de créer des propriétés modifiées dans des zones sélectionnées de la surface de la pièce, de manière précise et uniquement là où cela est nécessaire, comme cela se produit par ex. lors du durcissement. Le faisceau d’électrons, qui peut être commandé de manière précise, permet d’introduire en très peu de temps une quantité de chaleur précisément définie, nécessaire à un processus donné. Dans ce processus, seules les zones proches de la surface sont transformées (0,1 - 1 mm ; parfois plus) et la partie massive de la pièce n’est pas affectée, ce qui entraîne une déformation minimale de la pièce.
Une autre caractéristique marquante de la modification de la surface par faisceau d’électrons est qu’aucun refroidissement externe n’est nécessaire, car la dissipation de la chaleur dans la partie massive de la pièce est suffisante.
La modification de surface, qui fait partie de la technologie EB, a de nombreuses applications possibles – pratiquement dans tous les domaines de la construction mécanique, de la construction automobile, de la technique médicale, de l’aéronautique et de l’aérospatiale, etc.
Axes NC dans le processus : rotation, foyer, déviation
51CtV : 4 voies à cames ovales, profondeur de pénétration > 0,4 mm
Variantes de procédé
La modification de surface par faisceau d’électrons
Il existe de nombreuses possibilités de processus. Il est important de distinguer entre les processus qui se déroulent durant la phase solide, donc sans aucune fusion de la surface qui peut même être rectifiée auparavant et les processus qui se déroulent sur le flux de matière fondue situé à proximité de la surface et qui permettent ainsi des modifications de caractéristiques nettement plus importantes (qui nécessitent cependant la plupart du temps également une retouche).
Le diagramme suivant montre une classification des modifications de surface possibles du faisceau d’électrons. Pour plus d’informations, veuillez cliquer sur les boutons actifs du graphique.
OFM - Modification de la surface
DUR
Durcissement
Dans le cas des aciers, l’énergie du faisceau d’électrons produit d’abord de l’austénite près de la surface, à partir de laquelle se forme ensuite de la martensite très dure en raison de l’auto-trempe extrêmement rapide lorsque la teneur en C est suffisante. La zone de durcissement n’est pas une couche de revêtement, mais elle passe progressivement dans le matériau de base inchangé.
Le durcissement par faisceau d’électrons peut également être combiné avec un procédé thermo-chimique exécuté préalablement, par ex. la nitruration..
| Exemple : Extrait coupe transversale | Profile de durcissement de la surface jusqu'au matériau de base mesuré HV 0,3 |
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Transformation
En cas de dosage approprié de l’apport d’énergie, on peut également transformer localement et de manière localisée des zones de surface. Le type et le degré de transformation dépendent des caractéristiques métallurgiques du matériau du composant. Pour les aciers, le revenu en est un exemple : si nécessaire, il peut également être utilisé dans le cas de surfaces durcies par EB, afin de limiter une dureté maximale donnée.
LIQUIDE
Texturation
L’action point par point du faisceau d’électrons fait fondre la surface dans les plus petites zones et forme des irrégularités lors de la solidification, telles que des alvéoles ou autres. Ces textures relativement simples peuvent alors par exemple conférer une adhérence prédéfinie à la surface, par ex. dans le cas de cylindres, etc.
Des modèles d’impact plus complexes avec la déviation rapide du faisceau (EBO Jump) entraînent une évaporation, un soulèvement et une redistribution ciblés du matériau. Il est ainsi possible de générer des structures complexes – taillées sur mesure pour des exigences précises.
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| Images de caractéristiques fabriquées grâce au procédé Surfi-Sculpt®, avec l’aimable autorisation de TWI Ltd. | |||
Durcissement
Pour obtenir de grandes profondeurs de durcissement (quelques millimètres) dans des matériaux ferreux, il est possible de faire fondre localement la surface. Suite à l’auto-trempage, il en résulte une modification de la structure avec l’augmentation correspondante de la dureté, comme dans le cas de la martensite ou de la lédéburite.
En raison du processus de fusion, la surface de la pièce devient irrégulière et doit généralement être retouchée. L’utilisation de trames à bandes ou à points dans le processus EB permet d’éviter que de trop grandes zones connexes soient fondues et que des irrégularités trop importantes ne soient créées.
Transformation
Comme pour le durcissement en phase liquide pour les matériaux ferreux, il est possible d’obtenir des modifications structurelles locales dans la structure d’autres matériaux. Il est possible d’obtenir un affinage des grains, en particulier pour les matériaux en fonte avec leur structure typique à cristaux grossiers, ce qui entraîne des propriétés d’usure comparativement meilleures.
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Exemple : alliage de piston Al-Si à gauche : structure de fonte, à droite : structure de refusion EB (à la même échelle) |
Alliage :
Enrobage de matériaux durs
En particulier les matériaux durs peuvent être enrobés localement dans la surface d’un composant – afin d’augmenter leur résistance à l’usure – si cette surface fait l’objet d’une refusion par faisceau d’électrons. En cas d’apport d’énergie modéré, les particules dures demeurent en l’état dans la zone de refusion ; en cas d’apport d’énergie plus élevé, elles sont divisées et réparties finement, voire même alliées.
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carbures de tungstène enrobés |
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carbures de tungstène fondus |
Alliage
L’ajout d’autres matériaux, par exemple au moyen d’un fil ou d’une couche de revêtement, dans un processus de refusion EB, permet d’allier de manière définie la zone de surface traitée. Ceci permet une modification de caractéristique ciblée