Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1807-1823 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:0198800230110180700

Conditions d'optimisation du traitement des matériaux métalliques par laser. II. Illustration des possibilités ouvertes par l'analyse proposée

J. Merlin et J. Dietz

INSA Lyon Bât. 502, G.E.M.P.P.M. (U.A. 341) Calfetmat, F-69621 Villeurbanne Cedex, France

Abstract
In a first part we suggested a rational analysis of laser heat-treatment based on the definition of parameters characterizing the beam and on an analytical modelization of laser-material interaction using an original formalism. In this second part, we try to show the capabilities of this approach : - a fast access to realistic data on evolutions of characteristics determining microstructural transformations (temperature increase of the surface, heat penetration depth) - a choice of treatment parameters for a specific application according to various criterions (technical or metallurgical) without any complex simulation - capacities to consider more prospective solutions which use incident flux modulations in order to achieve a given thermal cycle (particularly isothermal cycles over a certain area) - an analysis of the spread in surface and in depth of a given microstructural transformation ; this analysis leads to objective criterions of validation of the modelizations on one hand and on the other hand to an evaluation of several parameters wich are able to characterize the laser material interaction. This whole approach should help to develop actual « controlled laser-treatment » systems.

Résumé
Dans une 1re partie nous avons proposé une analyse rationnelle des traitements laser à partir de la définition de paramètres caractérisant le faisceau et d'une modélisation analytique de l'interaction laser-matériau s'exprimant avec un formalisme original. Nous essayons de montrer ici les possibilités de cette démarche : - accès très rapide à des informations réalistes sur les évolutions des caractéristiques conditionnant les transformations microstructurales (accroissement superficiel de température, profondeur de pénétration de la chaleur...) - choix des paramètres de traitement en vue d'une application précise selon différents critères métallurgiques ou techniques, et cela sans qu'il soit nécessaire de réaliser des simulations complexes - possibilité d'aborder des solutions plus prospectives mettant en jeu des modulations du flux incident en vue de la réalisation d'un cycle thermique précis (en particulier à caractère isotherme et sur une bonne étendue spatiale) - analyse des extensions en surface et en profondeur d'une transformation microstructurale donnée, cela conduisant d'une part à des critères objectifs de vérification des différentes modélisations et d'autre part à une évaluation d'un certain nombre de grandeurs susceptibles de caractériser l'interaction laser-matériau. L'ensemble de cette démarche devrait permettre de déboucher sur la réalisation de véritables installations de « traitement laser contrôlé ».

PACS
8140G - Other heat and thermomechanical treatments.
6180B - Ultraviolet, visible and infrared radiation effects.

Key words
heat treatment -- laser beam effects -- metals -- optimization -- metallic materials -- laser heat treatment -- analytical modelization -- laser material interaction -- microstructural transformations -- thermal cycle -- isothermal cycles