Elaboration de l’alliage Ni 20 wt. % Cr par fusion sélective laser : effet des paramètres de fabrication sur la microstructure, le comportement mécanique en traction et la stabilité thermique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Selective Laser Melting of Ni 20 wt. % Cr : effect of process parameters on microstructure, mechanical properties and thermal stability

Elaboration de l’alliage Ni 20 wt. % Cr par fusion sélective laser : effet des paramètres de fabrication sur la microstructure, le comportement mécanique en traction et la stabilité thermique

Résumé

Selective laser melting is a well-known additive manufacturing process allowing the development of metallic materials by melting with a high laser a thin layer of powder. Defect formation and grain growth are directly impacted by manufacturing parameters. The binary alloy Ni 20 wt. % Cr is commonly used for high temperature applications as in heating device due to its resistance to oxidation and good mechanical properties at high temperature. However, the development of this alloy by selective laser melting is still unknown and it is, therefore, essential to link processs parameters, microstructure and mechanical properties. Initially, manufacturing parameters are optimized by adjusting the laser power and the scan speed to determine high density conditions. For this parameters range, microstructural investigations shown that an increase in volume energy leads to a transition between pseudo-equiaxed and columnar growth due to high melting pool overlap for large energy. Regarding mechanical properties, a softening and a increase in ductility are observed as volume energy increase. This evolution is associated with a reduction of defects in the microstructure, but also to an increase of grain and cellular dendrite size. Finally thermal treatments were carried out between 500°C and 1000°C to study thermal stability of the microstructure and mechanical properties. A hardening of the material is observed at 500°C possibly due to the formation of short range order phase Ni2Cr. Then, degradation of properties observed above 700°C is attributed to the coalescence of chrome-rich precipitation and to the reorganization of the cellular dendrite structure.
La fusion sélective laser est une technique de fabrication additive permettant l’élaboration de matériaux métalliques en fusionnant à l’aide d’un laser de forte intensité des couches de poudres. Les paramètres de fabrication liés au laser jouent un rôle primordial sur la formation des défauts ainsi que sur la croissance granulaire. L’alliage Ni 20 wt. % Cr est couramment utilisé pour des applications à haute température comme dans les systèmes chauffants du fait de sa résistance à l’oxydation et de sa tenue mécanique. Néanmoins, l’élaboration de cet alliage par fusion sélective laser est encore mal connue, et il est donc primordial de faire le lien entre les paramètres du procédé, la microstructure et les propriétés mécaniques. Dans un premier temps, l’optimisation de la vitesse et de la puissance du laser est effectuée afin de déterminer la gamme de paramètres où la densité est maximale. Pour cette gamme de paramètres, les analyses microstructurales montrent que l’augmentation de l’énergie de fabrication entraine une transition entre une croissance pseudo-équiaxe et une croissance colonnaire du fait d’un recouvrement plus important des zones fondues à haute énergie de fabrication. Concernant les propriétés mécaniques, un adoucissement ainsi qu’une augmentation de la ductilité sont observés plus l’énergie de fabrication augmente et ces évolutions sont associées à une réduction du nombre de défauts dans la microstructure, mais également à une augmentation de la taille de grains et de la taille des dendrites cellulaires. Pour finir, des traitements thermiques de même durée ont été effectués entre 500°C et 1000°C afin d’étudier la stabilité thermique de la microstructure et des propriétés mécaniques. Un durcissement du matériau est observé à 500°C possiblement due à la formation de la phase ordonnée Ni2Cr. Ensuite, la dégradation des propriétés observée pour des traitements supérieurs à 700°C est attribuée à la coalescence de précipité riche en chrome initialement présent dans l’espace interdendritique, mais également à l’effacement progressif de la structure de solidification.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03555819 , version 1 (03-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03555819 , version 1

Citer

Maxime Lelievre. Elaboration de l’alliage Ni 20 wt. % Cr par fusion sélective laser : effet des paramètres de fabrication sur la microstructure, le comportement mécanique en traction et la stabilité thermique. Matériaux. Normandie Université, 2021. Français. ⟨NNT : 2021NORMC239⟩. ⟨tel-03555819⟩
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