Post-traitements pour améliorer la durée de vie en fatigue de pièces en Scalmalloy® produites par fabrication additive

Details

Supervisors

Simar, Aude

Faculty

Ecole polytechnique de Louvain

Degree label

Master [120] : ingénieur civil mécanicien, à finalité spécialisée

Abstract

La fabrication additive (impression 3D) permet de réduire de nombreuses contraintes pour la conception de pièces grâce à la possibilité de fabriquer des composants présentant des géométries complexes ou de produire rapidement des pièces uniques ou prototypes. Le procédé LPBF est le plus répandu pour les métaux. Le Scalmalloy® est un alliage Al-Mg-Sc haute résistance développé spécifiquement pour ce procédé. Sa résistance importante (sy=480 MPa) est obtenue par la précipitation de particules nanométriques Al3(Sc,Zr) durant un traitement thermique (320°C-4h) post-impression. Cependant, la durée de vie en fatigue des matériaux produits par LPBF reste limitée, notamment par la présence de porosités survenues durant la fabrication et qui favorisent l’initiation de fissures en fatigue. Deux types de post-traitements visant à améliorer cette durée de vie en fatigue ont été analysés : des traitements thermiques, qui jouent un rôle important pour les propriétés mécaniques du Scalmalloy®, ainsi que le procédé FSP, qui a notamment montré des résultats intéressants sur l’AlSi10Mg. 2 traitements thermiques (250 et 280°C-8h) ont été étudiés, seuls ou combinés au traitement 320°C-4h. Aucun effet n’a été observé sur les porosités, ni sur la microstructure. La résistance, impactée par la précipitation d’Al3(Sc,Zr) favorisée à haute température, croit avec la température du traitement thermique, tandis que l’élongation à la rupture montre une évolution inverse. Les traitements thermiques à plus basses températures ont permis d’améliorer de ~50% les performances en propagation de fissure par rapport au traitement à 320°C, grâce aux phénomènes de fermeture de la fissure induite par la plasticité et à la présence non-homogène de précipités. Le traitement FSP a donné lieu à une augmentation de la densité relative du Scalmalloy® et a fait disparaître les plus grosses porosités. La température atteinte durant le traitement aurait favorisé une précipitation trop importante, faisant perdre la résistance élevée du Scalmalloy®. Si le traitement thermique 320°C-4h appliqué après FSP diminue encore la limite d’élasticité, il est néanmoins nécessaire pour améliorer la ductilité qui a été fortement affectée. Les propriétés en fatigue sont largement améliorées grâce à la réduction du taux de porosité et a permis aux éprouvettes de Scalmalloy®+FSP+320°C-4h de montrer une durée de vie en fatigue supérieure d’au moins deux ordres de grandeur au Scalmalloy® traité uniquement avec le traitement thermique 320°C-4h. Une amélioration des propriétés en fatigue a été obtenue, mais au détriment des propriétés mécaniques statiques. Les résultats sont donc prometteurs mais le manque de compréhension de certains phénomènes, ainsi que l’utilisation de paramètres pas encore optimisés nécessitent actuellement de faire un compromis entre la statique et la fatigue.