Abstrait
Cet article étudie les fissures et les défauts de porosité survenant lors du rechargement par laser à grande vitesse de revêtements en alliage à base de fer sur la surface de colonnes de support hydrauliques. En combinant les principes de la solidification métallurgique et en utilisant la spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) pour l'analyse ponctuelle et linéaire des éléments du revêtement, l'étude explore systématiquement les causes de ces défauts en termes de composition du matériau de revêtement et de paramètres de processus. Les résultats montrent que la ségrégation des éléments B et Si, la précipitation des carbures Cr-Mo-C et le comportement de transition de phase de la matrice sont les principaux facteurs à l'origine des fissures et de la porosité. Les paramètres du processus, tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage, le taux d'alimentation en poudre et le nombre de couches de revêtement, peuvent exacerber la formation de défauts s'ils ne sont pas correctement ajustés. Cette étude fournit une base théorique pour l'application industrielle de la technologie de revêtement par laser à grande vitesse sur les surfaces de support hydraulique.

Introduction
Pendant leur fonctionnement, les colonnes de support hydraulique sont soumises à des charges alternées, ce qui entraîne l'usure et la corrosion de leur surface. La technologie de revêtement par laser à grande vitesse est devenue une méthode efficace pour le renforcement et la réparation des surfaces en raison de sa grande efficacité, de son faible taux de dilution et de la localisation de la zone affectée par la chaleur. Cependant, les fissures et les défauts de porosité dans la couche de revêtement affectent sérieusement les performances de ces revêtements, et il est nécessaire de procéder à une analyse systématique de leurs mécanismes de formation.

1. Analyse de la formation des fissures
1.1 Facteurs matériels

Ségrégation du B et du Si: Lorsque la teneur en B dépasse 0,5%, il forme des eutectiques à bas point de fusion avec Ni et Si aux joints de grains, créant un film liquide qui affaiblit la liaison aux joints de grains, favorisant ainsi l'initiation et la propagation des fissures.

Influence des éléments Si et Mn: Si augmente la viscosité du bain de fusion, entravant l'expulsion du gaz, tandis que Mn favorise la formation d'inclusions de MnS, qui deviennent des sources de fissures.

Effet synergique Cr-Mo-C: Cr et C forment des carbures comme Cr₂₃C₆ et Cr₇C₃, tandis que Mo forme Mo₂C. La précipitation de ces carbures entraîne un retrait volumétrique qui, combiné à la contrainte thermique, augmente la contrainte résiduelle et induit des fissures.

Transition de phase dans la matrice 27SiMn: La transformation de l'austénite en martensite entraîne une expansion volumétrique et une contrainte de cisaillement, ce qui augmente le risque de délamination de l'interface.

1.2 Facteurs de processus

Puissance excessive du laser: Une puissance laser élevée augmente le gradient de température, concentrant le stress thermique.

Vitesse de balayage rapide: Une vitesse de balayage élevée réduit le temps de solidification et augmente la vitesse de refroidissement, ce qui entraîne une intensification de la concentration des contraintes.

Nombre excessif de couches de revêtement: Un trop grand nombre de couches de revêtement entraîne des contraintes cumulées entre les couches, qui, lorsqu'elles dépassent la limite d'élasticité du matériau, déclenchent des fissures.

2. Analyse de la formation de la porosité
2.1 Facteurs matériels

Réaction de B avec O: B réagit avec l'oxygène pour former du B₂O₃ volatil, qui crée des bulles de gaz dans la piscine de fusion.

Oxydation du Mo: Le Mo s'oxyde pour former du MoO₃, qui agit comme un noyau pour la formation de bulles de gaz.

Formation d'inclusions composites: Si réagit avec C pour former SiC, tandis que SiO₂ crée des inclusions composites qui empêchent l'expulsion des bulles de gaz.

Vaporisation de Mn: La vaporisation du Mn induit des turbulences dans la piscine de fusion, piégeant les gaz et provoquant une porosité.

Eutectiques à bas point de fusion: La formation d'eutectiques à bas point de fusion tels que SiO₂ et B₂O₃ piège le gaz dans le matériau.

2.2 Facteurs de processus

Débit de gaz instable: Une alimentation en gaz instable entraîne une mauvaise protection ou des turbulences dans la piscine de fusion.

Taux d'alimentation en poudre excessif: Une alimentation en poudre trop importante peut provoquer des agglomérations et emprisonner des bulles de gaz.

Inadéquation entre la puissance du laser et la vitesse de balayage: Si la puissance du laser et la vitesse de balayage ne sont pas correctement adaptées, cela affecte l'écoulement du bain de fusion et l'expulsion des gaz.

3. Effets synergiques des fissures et de la porosité
La porosité agit comme une source de concentration de contraintes, augmentant le facteur d'intensité des contraintes à la pointe de la fissure et accélérant la propagation de la fissure. Pendant la propagation de la fissure, les surfaces fraîches adsorbent du gaz, ce qui favorise l'agrégation et l'oxydation de la porosité, entraînant un réseau de dommages complexe qui réduit considérablement la durée de vie en fatigue du matériau.

4. Conclusion

Formation de fissures: Les fissures sont principalement causées par la ségrégation du B et du Si, la précipitation des carbures et les transitions de phase dans la matrice. Les paramètres du processus influencent la contrainte thermique et le comportement de solidification.

Porosité Formation: La porosité est étroitement liée à la volatilité, à l'oxydation et au comportement d'inclusion d'éléments tels que B, Mo, Si et Mn. Les paramètres du processus contrôlent l'expulsion des gaz.

Mesures de contrôle efficaces: Le contrôle des teneurs en B et Si en dessous de 0,5%, l'optimisation du rapport Cr/Mo et l'augmentation de la teneur en Ni permettent de supprimer efficacement les défauts.

Mécanisme de dommage synergique: Les fissures et la porosité présentent un mécanisme d'endommagement synergique, nécessitant une approche globale par le biais de la conception de la composition des matériaux et de l'optimisation des processus.