En coopération avec Linseis Messgeräte GmbH et RECENDT GmbH (Centre de recherche pour les essais non destructifs GmbH)un système de détermination de la taille des grains en temps réel basé sur un système de dilatomètre (DIL L78/RITA) et d’un système sonique à ultrasons laser (LUS) a été mis au point.
La taille des grains est déterminée comme suit à partir des données LUS :
La technologie CND non destructive « laser-ultrasons » (LUS) permet une analyse in situ de la taille des grains sur la base d’une évaluation de l’atténuation des ultrasons en fonction de la fréquence 𝛼(𝑓), qui est principalement causée par la diffusion aux limites des grains en raison de la méthode appliquée.
L’atténuation des ultrasons en fonction de la fréquence est modélisée à l’aide de la loi de puissance suivante :
𝛼(𝑓)=𝑎+𝑏𝑓𝑛
Le coefficient d’atténuation 𝛼(𝑓) est composé d’un coefficient d’absorption 𝑎, d’un coefficient de diffusion 𝑏, de la fréquence 𝑓 et de l’exposant 𝑛, où le coefficient d’absorption décrit les pertes par frottement interne et le coefficient de diffusion est le paramètre intéressant de la taille des grains (proportionnel à la taille moyenne des grains). L’exposant 𝑛 résulte du rapport entre la longueur d’onde acoustique et la taille moyenne des grains, où l’on peut distinguer trois types de diffusion : Rayleigh (𝑛=4), stochastique (𝑛=2) et géométrique[1].
La relation entre le coefficient de diffusion et la taille de grain d’intérêt 𝐷 est modélisée comme suit :
𝛼(𝑓)=𝑎+𝐶 (𝐷-𝐷0)𝑛-1 𝑓𝑛
Le coefficient de diffusion 𝑏 est le produit du paramètre 𝐶 dépendant du matériau et du changement relatif de la taille moyenne des grains 𝐷-𝐷0 (𝐷0 – taille des grains de l’état initial). Le paramètre 𝐶 est obtenu par étalonnage du modèle à l’aide des valeurs de taille moyenne des grains obtenues par micrographie dans certaines conditions de température [2].
Les mesures par ultrasons laser et l’analyse des données à l’aide de ce modèle d’atténuation donnent un aperçu en temps réel (in situ) de la croissance des grains d’un matériau au cours des cycles thermiques. La figure 2 montre une comparaison impressionnante de ces résultats LUS en temps réel (points) avec plusieurs analyses de micrographie qui prennent du temps (marques X colorées).
Citations :
[1] S. Sarkar, A. Moreau, M. Militzer et W. J. Poole, « Evolution of austenite recrystallization and grain growth using laser ultrasonics, » Metall. Mater. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci., vol. 39 A, no. 4, pp. 897-907, 2008, doi : 10.1007/s11661-007-9461-6.
[2] T. Garcin, J. H. Schmitt et M. Militzer, « In-situ laser ultrasonic grain size measurement in superalloy INCONEL 718 », J. Alloys Compd., vol. 670, pp. 329-336, 2016, doi : 10.1016/j.jallcom.2016.01.222.
