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Submitted on 1 Jan 1987
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METHODE DE DETERMINATION DES
CONTRAINTES RESIDUELLES DANS LE CAS DE RECHARGEMENTS MULTICOUCHES :
APPLICATION A DES STRUCTURES
TRIMETALLIQUES OBTENUES PAR TRAITEMENT LASER
M. Laracine, C. Bignon, Lormand, J. Hernandez, A. Vannes
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M. Laracine, C. Bignon, Lormand, J. Hernandez, A. Vannes. METHODE DE DETERMINA- TION DES CONTRAINTES RESIDUELLES DANS LE CAS DE RECHARGEMENTS MUL- TICOUCHES : APPLICATION A DES STRUCTURES TRIMETALLIQUES OBTENUES PAR TRAITEMENT LASER. Journal de Physique Colloques, 1987, 48 (C7), pp.C7-147-C7-150.
�10.1051/jphyscol:1987726�. �jpa-00227028�
DE RECHARGEMENTS MULTICOUCHES
:APPLICATION A DES STRUCTURES TRIMETALLIQUES OBTENUES PAR TRAITEMENT LASER
M.
LARACINE, C. BIGNON, LORMAND, J. HERNANDEZ et A.B. VANNES CALFETMAT, INSA-LYON, 20, A v e n u e A l b e r t E i n s t e i n ,F-69621 Villeurbanne Cedex, France
1
-
II4TRODUCTIONLa n é c e s s i t é de c o n n a î t r e Les c o n t r a i n t e s r é s i d u e l l e s i n d u i t e s l o r s de 1 ' é l a b o r a t i o n de p i è c e s p r i s m a t i q u e s c o n s t i t u é e s de p l u s i e u r s couches de m a t é r i a u x t r è s d i f f é r e n t s r é a l i s é s p a r d é p ô t Laser n ' e s t p l u s à démontrer
1 I I , 1
21,/
31,1
4 1 .P a r t a n t de n o t r e e x p é r i e n c e du b i m é t a l l i q u e nous avons développé une méthode de c a l - c u l a p p l i c a b l e à "n" m a t é r i a u x possédant des c a r a c t é r i s t i q u e s physico-mécaniques d i f f é r e n t e s en a p p l i q u a n t l a méthode p a r enlèvement de couches.
Le système e x p é r i m e n t a l o r i g i n a l conçu e t r é a l i s é dans n o t r e L a b o r a t o i r e permet L'en- Lèvement de couches minces p a r v o i e é l e c t r o c h i m i q u e , il nous a permis, comme dans l e cas des b i m é t a l l i q u e s , de v é r i f i e r l a v a l i d i t é de n o t r e modèLe s u r des p i è c e s com- p o r t a n t t r o i s m a t é r i a u x d i f f é r e n t s .
I I
-
BASES THEORIQUES DE LA METHODELa méthode que nous développons e s t c e l l e employée dans Le cas du b i m é t a l l i q u e
1
51.Les mécanismes du r é é q u i l i b r a g e r e s t e n t Les mêmes c ' e s t - à - d i r e chaque enlèvement de couche c o n d u i t à une f l e x i o n dans l e domaine é l a s t i q u e de L ' é p a i s s e u r r e s t a n t e ce q u i nous donne t o u j o u r s une v a r i a t i o n l i n é a i r e de La d é f o r m a t i o n e t p a r v o i e de con- séquence, une d i s c o n t i n u i t é s u r l e s v a r i a t i o n s des c o n t r a i n t e s l o r s q u e l ' o n passe d ' u n m a t é r i a u à L ' a u t r e .
Les d i f f é r e n t e s n o t a t i o n s s o n t r é p e r t o r i é e s f i g u r e ( 1 ) . Les v a r i a t i o n s d ' a l l o n g e m e n t Asl,2 dans La couche u, l o r s de l ' u s i n a g e de l a couche "i" d ' o r d r e i n f é r i e u r ,
d ' a b s c i s s e x i s ' é c r i v e n t :
i i
Aelr2(u,xi ) = al,2(u-tl,2)A Xi o ù e t
tir2
r e s t e n t des c o n s t a n t e s à d é t e r m i n e r . La l o i de HOOKE g é n é r a l i s é e permet d ' é c r i r e :E(n) e t v ( n ) dépendent du m a t é r i a u dans l e q u e l o n se s i t u e . Le r é é q u i t i b r a g e d e s con- t r a i n t e s c o n d u i t aux é q u a t i o n s s u i v a n t e s :
,O
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1987726
JOURNAL
DE
PHYSIQUE. .
Nous devons a v o i r
-
xiAFi,2 = O e t nous savons que Ac1,2(0,x.) = - ~ t : , ~ t : , ~ A x ~ . Après i n t é g r a t i o n nous avons a u t a n t d ' é q u a t i o n s que d ' i n c o n n u e s . La r é s o l u t i o n e s t a l o r s p o s s i b l e . E l l e comprend 2 étapes :-
La d é t e r m i n a t i o n de l a c o n t r a i n t e r e s t a n t e U ~ , ~ ( X . x . ) au moment de son u s i n a g e . L ' é p a i s s e u r des couches e s t c h o i s i e s u f f i s a m m e n t ' h i n ~ e p o u r que L ' o n p u i s s e a d m e t t r e qu'à l ' i n t é r i e u r de c e l l e - c i l a c o n t r a i n t e r e s t e c o n s t a n t e .-
La d é t e r m i n a t i o n de L ' e f f e t de L'enlèvement des couches p r é c e d a n t l a couche "u"s ' o b t i e n t p a r La sommation des e f f e t s dans l a couche "u" de l ' e n l è v e m e n t de chacune des couches "i" c a l c u l é s p a r l e f o r m a l i s m e s u i v a n t :
S o i t j une couche comprise e n t r e 1 e t i - 1 de c o t e u., nous avons : 1
A E ~ , ~ = ~ j , 2 ( u . - t ~ , ~ > 1 e t A C I ~ , ~ = ~ ( j ) ( A E ~ , ~ + V ( ~ ) A E ~ , ~ ) La v a r i a t i o n t o t a l e nous donne :
Les c o n t r a i n t e s i n i t i a l e s ( a v a n t u s i n a g e ) s o n t donc d é t e r m i n é e s p a r La r e l a t i o n :
i i - 1
2 = x i x i
-
i A aitiJ =1
L'ensemble de ce c a l c u l a é t é programmé s u r m i c r o - o r d i n a t e u r e t nous a p e r m i s de t r a c e r Les courbes c i - j o i n t e s .
III
-
METHODE EXPERIMENTALEI I I . 1 . M é t h o d e d ' e n l è v e m e n t de couche.
La t e c h n i q u e d ' e n l è v e m e n t de couche p a r v o i e é l e c t r o c h i m i q u e avec t o u s l e s avantages q u ' e l l e représente, en p a r t i c u l i e r sa p a r f a i t e n e u t r a l i t é v i s - à - v i s des c o n t r a i n t e s
r é s i d u e l l e s , a d é j à é t é d é c r i t e précédemment
1
51, a i n s i que l a mesure des déforma- t i o n s . La d i f f i c u l t é majeure r é s i d e dans l e c h o i x d ' u n e c o m p o s i t i o n j u d i c i e u s e del ' é l e c t r o l y t e n é c e s s a i r e à l a d i s s o l u t i o n anodique de m a t é r i a u x t r è s d i f f é r e n t s . Les v a l e u r s de modules d'Young "E" e t des c o e f f i c i e n t s de P o i s s o n "v" s o n t obtenues s o i t p a r mesures non d e s t r u c t i v e s ( u l t r a s o n s ) , s o i t p a r e s s a i s c l a s s i q u e s
1
6 1 . I I I . 2 . R é a l i s a t i o n des é c h a n t i l l o n sI l s o n t é t é r é a l i s é s au CALFETMAT. I l s comportent t r o i s couches : - Le s u p p o r t en XC48,
-
l a p r e m i è r e couche e s t c o n s t i t u é e p a r une base N i d ' é p a i s s e u r 0,82 mm,-
l a deuxième couche e s t c o n s t i t u é e p a r une base Co d ' é p a i s s e u r 0,56 mm.Sur l e s é c h a n t i l l o n s à n o t r e d i s p o s i t i o n nous avons p u r é a l i s e r l a mesure des d é f o r - m a t i o n s L o n g i t u d i n a l e s e t t r a n s v e r s a l e s e t a i n s i c a l c u l e r Le champ de c o n t r a i n t e s .
La f i g u r e ( 3 ) nous donne u n exemple de r é s u l t a t . Nous observons 4 zones q u i c o r - respondent r e s p e c t i v e m e n t à :
-
Les zones A e t B a s s o c i é e s aux m a t é r i a u x déposés. La t r a n s i t i o n r e l a t i v e m e n t mar- quée L a i s s e supposer une d i l u t i o n f a i b l e . Le n i v e a u de c o n t r a i n t e moyen estmodéré mais en t r a c t i o n . S i o n compare p a r r a p p o r t aux r é s u l t a t s o b t e n u s s u r u n d é p ô t monocouche r é a l i s é avec u n a l l i a g e i d e n t i q u e à A, on n o t e une d i m i n u t i o n s i g n i f i - c a t i v e de l a v a l e u r a b s o l u e de l a c o n t r a i n t e1
61.-
La zone C c o r r e s p o n d à l a zone a f f e c t é e thermiquement q u i a s u b i 2 c y c l e s t h e r m i - ques c o r r e s p o n d a n t à l a r é a l i s a t i o n de chacune des couches déposées. I L y a é g a l e - ment une r e l a t i v e c o n t i n u i t é p a r r a p p o r t aux couches a d j a c e n t e s .- La zone D a s s o c i é e au m é t a l de base e s t e n compression p a r r a i s o n d ' é q u i l i b r e . La v a l e u r a b s o l u e d e s ' c o n t r a i n t e s e s t Là a u s s i r e l a t i v e m e n t modérée.
V
-
CONCLUSIONLe passage du b i m é t a l l i q u e à "n" m a t é r i a u x a n é c e s s i t é un f o r m a l i s m e beaucoup p l u s complexe. Cependant nous possèdons a c t u e l l e m e n t des moyens de c a l c u l programmé s u r m i c r o - o r d i n a t e u r e t des moyens de mesure e x p é r i m e n t a u x f i a b l e s , s u s c e p t i b L e s de p e r m e t t r e l a d é t e r m i n a t i o n des c o n t r a i n t e s r é s i d u e l l e s dans t o u s Les m a t é r i a u x mul- t i c o u c h e s de forme p r i s m a t i q u e .
En outre, de p a r l e s nuances c h o i s i e s e t e n p a r t i c u l i e r l a couche i n t e r m é d i a i r e , nous montrons que nous pouvons n e t t e m e n t d i m i n u e r Le t a u x de c o n t r a i n t e s r é s i d u e l l e s BIBLIOGRAPHIE
1
11 A. LELUAN - Revue du GANI, Mécanique, j u i n - j u i L l e t 1969, p.19-24.1
21 H. ~ U H L E R-
"Complete d e t e r m i n a t i o n o f t h e s t a t e o f r e s i d u a l s t r e s s i n s o t i d and h o l l o w m e t a l c y l i n d e r s " , Ed. R. Orgood, New-York, 1954.1
31 A. VANNES, R. FOUGERES e t M. THEOLIER-
" D é t e r m i n a t i o n e t i n f l u e n c e des con- t r a i n t e s r é s i d u e l l e s " , Ch. IV, R e c u e i l CAST, 1976.1
41 A. VANNES - Thèse de d o c t e u r ès-sciences, n 0 l DE ,78010, Lyon, 1978.1
51 M. LARACINE, A. VANNES-
R é s i d u a l s t r e s s e s i n compound m a t e r i a l s : Method o f measurement, examples o f a p p l i c a t i o n s .6e c o l l o q u e i n t e r n a t i o n a l s u r : Les méthodes d ' i n v e s t i g a t i o n des métaux e t nouveaux matériaux, 19-20 nov. 1986.
1
61 J . HERNANDEZ-
Thèse d o c t o r a t 1986.JOURNAL
DE
PHYSIQUE2
