Paramètres de diffraction et de traitement des données

Le système iXRD® permet le contrôle de la grande majorité des paramètres de mesure. Ces paramètres de diffraction doivent être choisis en fonction de plusieurs facteurs : matériau, état métallurgique, précision recherchée, temps disponible, etc. Deux types de pic de diffraction sont rencontrés dans des pièces d’acier AMS6414 traitées par induction comme le montre schématiquement la Figure 3.7. Cette figure respecte la convention du système iXRD® de l’ÉTS expliquée précédemment.

Figure 3.7 Différence entre les pics de diffraction en zone durcie et à cœur

Les pics en zone durcie sont de plus faible intensité et plus larges que ceux des zones à cœur de la pièce. Ce phénomène d’élargissement des pics de diffraction (peak broadening ) est typique des aciers très durs et écrouis (Prevéy, 1986). Les paramètres de diffraction optimaux pour la mesure en zone durcie et à cœur sont donc différents. Pour les mesures présentées dans ce chapitre, deux configurations ont été retenues au terme d’essais visant à maximiser le rapport intensité des pics sur bruit de fond tout en conservant un temps de mesure raisonnable (environ 15 minutes par mesure). Le Tableau 3.4 résume ces paramètres. Mentionnons que les pics observés en zone de sur-revenu sont très similaires à ceux du cœur et ne nécessitent donc aucun jeu de paramètres particulier. Dans tous les cas, les plans cristallins de famille {211} ont été utilisés comme recommandé dans la littérature (Prevéy, 1986). Ces plans sont pratiquement toujours utilisés pour les aciers car ils produisent des pics

de bonne intensité, possèdent un angle de Bragg élevé et représentent bien les contraintes macroscopiques. Les mêmes 11 angles β ont été utilisés pour la zone durcie et à cœur. Ceux- ci résultent en 22 positions testées en Ψ pour chaque mesure (considérant la présence des deux détecteurs); ce qui est plus que nécessaire pour déterminer les contraintes résiduelles précisément. L’angle β maximal a été limité à ±18 ° pour permettre les mesures en profondeur (Ψ = ±30 ° pour l’acier utilisé). Cette limitation n’affecte pas la précision des résultats comme montré à l’Annexe I.

Tableau 3.4 Paramètres de diffraction généraux utilisés pour les mesures de contraintes

Paramètres Zone durcie Coeur de la pièce

Tube: Cible de Chrome Cible de Chrome

Voltage tube: 25 kV 25 kV

Courant tube: 5 mA 5 mA

Diaphragme: 1 mm 1 mm

Fonction de localisation: Gaussienne, 85 % hauteur Pearson, 85 % hauteur

Méthode de localisation: Position absolue Position absolue

Angles Beta: ±18;±17,3;±15,1;±12;±6,4;0 ° ±18;±17,3;±15,1;±12;±6,4;0 °

Nombre d'exposition: 40 30

Temps d'exposition: 2 s 2,5 à 3 s

Type de correction gain: P/G P/G

Oscillation Beta: ±1 ° ±1 °

Constante élastique: 171096 MPa 177595 MPa (48 HRC) et

184903 MPa (38 HRC)

Angle de Bragg (2θ): 156,0 ° 156,0 °

Canaux du bruit de fond 10 à 40 et 472 à 502 10 à 40 et 472 à 502

Canaux des pics 40 à 472 40 à 472

Les fonctions de localisation choisies épousent le plus possible la forme des pics de diffraction. L’expérience a montré que l’utilisation d’une fonction ou l’autre résulte en général en une différence inférieure à 1 MPa sur la contrainte résiduelle finale pour ce matériau. Le temps d’exposition pour le cœur de la pièce a parfois été réduit à 2,5 s car pour certains points les détecteurs étaient saturés tellement l’intensité des pics était forte. L’oscillation de ±1 ° en β permet d’inclure plus de grain dans le signal collecté sans diminuer la précision de la mesure. En fait, il est préférable d’utiliser une faible oscillation que de ne

pas en utiliser du tout (François et al., 1996). Les expériences qui justifient le choix des angles β et des constantes élastiques sont expliquées et justifiées plus en détails à l’Annexe I et dans les sections subséquentes respectivement.

Il convient par contre d’apporter quelques précisons concernant l’angle 2θ. L’angle de 156 ° est une valeur pour l’acier 4340 à une dureté de 50 HRC tirée de la littérature (Prevéy, 1986). Il s’agit également de l’angle utilisé par le manufacturier de la machine pour les mesures dans cet acier. Le système associe cet angle aux numéros des canaux entrés dans le menu correspondant (constants→fitting constants→average peak position). Ces positions moyennes des pics de diffraction sont entrées manuellement par l’utilisateur lors de la calibration de l’appareil pour le matériau en question. Cette calibration consiste simplement à faire l’acquisition de deux profils de diffraction successivement aux deux angles β permettant la mesure à Ψ = 0 ° sur chacun des deux détecteurs à tour de rôle. Ces deux positions mesurent en réalité le d┴, valeur qui peut être considérée égale au d0 pour les mesures de contraintes résiduelles utilisant le modèle de contrainte plane comme stipulé au Chapitre 1. Pour l’acier AMS6414, il s’agit donc de la position β = 12 ° pour le détecteur 1 et β = -12 ° pour le détecteur 2 (voir Équation (3.1)) en prenant un angle 2θ = 156 °. Pour toutes les mesures dans les disques, cette calibration a été établie dans la couche durcie du disque A4. Une profondeur de 0,14 mm a été retirée de la surface pour cette calibration afin d’être loin de la couche d’oxyde formée en surface et de rester dans une zone ou les contraintes résiduelles sont plus faibles et donc où le d┴ est le plus près possible du d01. Les valeurs de calibration ainsi obtenues ont été vérifiées à plusieurs reprises sur des disques différents et à plusieurs profondeurs en zone durcie. Les positions à Ψ = 0 ° mesurées n’ont pratiquement pas varié dans la zone durcie des différents échantillons justifiant ainsi de conserver la même calibration pour toutes les mesures. Les détecteurs sont restés fixes tout au long des campagnes de mesure pour ne pas perdre cette calibration. Il est important de mentionner que

1 _{Les contraintes présentes dans le plan de la surface affectent la valeur de d mesurée perpendiculairement à la} surface par effet Poisson. En théorie, il est donc préférable d’utiliser un endroit de la pièce où ces contraintes sont faibles pour améliorer la précision de la calibration. En pratique, cette précaution n’a pas un impact significatif sur la précision des résultats pour le modèle en contrainte plane (SAE, 2003).

la calibration n’a pas été refaite pour les mesures à cœur des disques car la machine détecte sans problème l’angle plus élevé de ces pics de diffraction (Figure 3.7). En d’autres mots, la précision de la calibration utilisée pour toutes les mesures dans des disques de ce chapitre dépend de la précision de l’angle de Bragg de 156,0 ° considéré pour la zone durcie. Ce point est discuté plus en détails à la section 3.2.1.6.