L’alliage Ti-6Al-4V est largement utilisé dans les applications aérospatiales en raison de ses excellentes propriétés mécaniques. Cependant, il présente une faible résistance à l'usure. Pour améliorer cette caractéristique, il est souvent revêtu d'un cermet par projection à grande vitesse avec oxygène et carburant (HVOF). Le cermet Cr₃C₂-NiCr est particulièrement intéressant car il est non cancérigène, contrairement aux revêtements cermet traditionnels contenant des composés de tungstène-cobalt.
Bien que l'amélioration de la résistance à l'usure du Ti-6Al-4V grâce à ce revêtement ait été démontrée, son impact sur la tenue en fatigue de l'alliage reste à étudier. C’est précisément l’objectif de cette étude, qui se concentre sur la durée de vie en fatigue d’un alliage Ti-6Al-4V revêtu de Cr₃C₂-25NiCr.
Le premier facteur critique est la préparation de surface, qui constitue une source majeure d’amorçage de fissures, notamment pour les surfaces sablées. En effet, l’inclusion de particules fragmentées d’alumine peut engendrer des zones de concentration de contraintes. Ainsi, la texturation laser, une méthode reposant sur la création de cavités par ablation contrôlée, est étudiée comme alternative au sablage. Les paramètres laser sont optimisés afin de générer des cavités elliptiques, limitant ainsi l’effet d’entaille.
Le deuxième facteur critique est l’épaisseur du dépôt, dont l’augmentation est censée induire des contraintes résiduelles en compression. Deux épaisseurs de dépôts Cr₃C₂-25NiCr ont été testées en fatigue sur les deux types de préparation de surface.
Les résultats révèlent un fort abattement de la tenue en fatigue du Ti-6Al-4V après préparation de surface, aussi bien pour le sablage que pour la texturation laser. L’abattement est quasi similaire entre les deux méthodes, avec une diminution légèrement plus marquée pour la surface texturée. L’analyse des faciès de rupture montre que, sur les surfaces sablées, les fissures prennent naissance au niveau des entailles ou des inclusions d’alumine, accélérant ainsi leur initiation. De même, sur les surfaces texturées, l’amorçage des fissures se situe principalement au fond des cavités, entraînant une accélération comparable du processus de fissuration.
L’application d’un revêtement Cr₃C₂-25NiCr engendre un abattement supplémentaire de la tenue en fatigue du Ti-6Al-4V, qui s’amplifie avec l’augmentation de l’épaisseur du dépôt, en particulier sur les surfaces texturées. L’analyse des faciès des surfaces sablées et texturées revêtues révèle que l’amorce des fissures se situe systématiquement à l’interface, soulignant ainsi l’influence critique de la préparation de surface et la nocivité supplémentaire de la texturation laser. En outre, la délamination du revêtement est plus prononcée pour les dépôts de plus grande épaisseur, exposant plus rapidement le substrat aux concentrations de contraintes induites par la préparation de surface, qu’elle soit sablée ou texturée.
En perspective, l’expérimentation de nouveaux paramètres de texturation laser pourrait permettre de concevoir des cavités minimisant davantage l’abattement de la tenue en fatigue, idéalement en obtenant une performance supérieure à celle des surfaces sablées. (3 263 caractères) |
The Ti-6Al-4V alloy is widely used in aerospace applications due to its excellent mechanical properties. However, it exhibits low wear resistance. To enhance this characteristic, it is often coated with a cermet using high-velocity oxygen fuel (HVOF) spraying. The Cr₃C₂-NiCr cermet is particularly interesting as it is non-carcinogenic, unlike traditional cermet coatings that contain tungsten-cobalt compounds.
While the improvement in the wear resistance of Ti-6Al-4V with this coating has been demonstrated, its impact on the fatigue performance of the alloy remains to be studied. This is precisely the objective of this study, which focuses on the fatigue life of a Ti-6Al-4V alloy coated with Cr₃C₂-25NiCr.
The first critical factor is surface preparation, which is a major source of crack initiation, particularly for sandblasted surfaces. Indeed, the inclusion of fragmented alumina particles can create stress concentration zones. Thus, laser texturing, a method based on the creation of dimples through controlled ablation, is being investigated as an alternative to sandblasting. Laser parameters are optimized to generate elliptical dimples, thereby limiting the notch effect.
The second critical factor is the coating thickness, whose increase is expected to induce residual compressive stresses. Two different coating thicknesses of Cr₃C₂-25NiCr were tested for fatigue on both types of surface preparation.
The results reveal a significant reduction in the fatigue performance of Ti-6Al-4V after surface preparation, for both sandblasting and laser texturing. The reduction is almost similar between the two methods, with a slightly more pronounced decrease for the textured surface. Fractographic analysis shows that, on sandblasted surfaces, cracks initiate at notches or alumina inclusions, accelerating crack initiation. Similarly, on textured surfaces, cracks mainly initiate at the bottom of the dimples, leading to a comparable acceleration of the cracking process.
The application of a Cr₃C₂-25NiCr coating further reduces the fatigue life of Ti-6Al-4V, with the reduction increasing with coating thickness, particularly on textured surfaces. The analysis of fracture surfaces of both sandblasted and textured coated samples reveals that crack initiation systematically occurs at the interface, highlighting the critical influence of surface preparation and the additional impact of laser texturing. Furthermore, coating delamination is more pronounced with thicker deposits, exposing the substrate more quickly to stress concentrations induced by either sandblasting or laser texturing.
Looking ahead, experimenting with new laser texturing parameters could help design cavities that further minimize the reduction in fatigue performance, ideally achieving a performance superior to that of sandblasted surfaces.
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