Traitements de surface mécaniques - Principes

D’après les analyses statistiques sur les causes de la défaillance des composants mécaniques, on constate que, dans la grande majorité des cas, la défaillance est due à la rupture de la pièce avec un amorçage en surface. La qualité de la couche superficielle est donc un facteur essentiel pour l’intégrité mécanique des structures mécaniques. En effet, les zones superficielles sont souvent les plus sollicitées à causes des concentrations de contraintes imposées par la géométrie d’une pièce mécanique qui possède des trous, des entailles et autres discontinuités géométriques. En plus, à l’exception des sollicitations mécaniques par contact, les contraintes d’origines mécaniques et thermomécaniques sont très souvent maximales en surface, on peut citer la flexion et la torsion, et le choc thermique. Même pour une sollicitation en traction, les rugosités en surface génèrent une concentration de contraintes locales qui fait augmenter le niveau de contraintes mécaniques. La surface d’une pièce mécanique est aussi une zone de contact avec l’environnement hostile comme l’air, pour des problèmes d’oxydation, et le milieu corrosif. Elle est également la partie d’une pièce où se produisent les phénomènes de fretting, d’usure et de frottement, de grippage et de matage. Combinant tous les facteurs défavorables, la surface d’une pièce mécanique est une zone particulièrement vulnérable qui intéresse les mécaniciens pour la conception mécanique et les spécialistes de matériaux pour améliorer les performances mécaniques et globales.

Pour améliorer les propriétés de surface, il existe un nombre important de procédés de fabrication comme les traitements thermiques et thermochimiques, les dépôts en phase vapeur (PVD et CVD), les projections thermiques, les traitements de surface mécaniques. Dans ce dossier, nous allons traiter essentiellement la dernière catégorie de traitements.

Les traitements de surface mécaniques sont des procédés qui permettent d’améliorer les performances des matériaux par une action combinée de durcissement superficiel, de modification structurale et d’introduction de contraintes résiduelles de compression grâce à une déformation plastique hétérogène à la surface des composants mécaniques. Les traitements les plus utilisés sont le grenaillage de précontrainte, le galetage, le martelage, le choc laser, la génération de nanostructures par des déformations plastiques aléatoires introduites à la surface des matériaux. Le principe de base est la mise en application d’une pression à la surface d’un matériau pour provoquer une déformation plastique soit par un outil de forme comme pour le grenaillage ou le galetage, soit par une onde de choc comme pour le traitement par choc laser. Cette déformation plastique n’est pas homogène...