Nouvelles voies de fabrication d'alliages métalliques à hautes performances à partir de poudres

New ways of manufacturing metal alloys with high performance from powders

• Auteur / Autrice : Bo Song
• Direction : Christian Coddet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 29/01/2014
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRTES. LERMPS
• Jury : Président / Présidente : Alain Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bernard, Pascal Mognol, Thierry Grosdidier, Hanlin Liao, Frédéric Schuster
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Mognol, Thierry Grosdidier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages fer-aluminium

Prototypage rapide

Soudage laser

Mots clés libres

Fusion sélective par laser

Fabrication additive

Alliage

Mélange de poudres

Fe

Fe-Al

FeAl

Fe-SiC

Microstructure

Phase

Propriétés mécaniques

Traitement thermique

Selective laser melting

Additive manufacturing

Alloying

Mixed powders

Fe

Fe-Al

FeAl

Fe-SiC

Microstructure

Phase

Mechanical properties

Heat treatment

Résumé

La fusion sélective par laser (Selective Laser Melting, SLM), une des techniques de la fabrication additive (AM), permet la production de pièces en trois dimensions (3D) de formes complexes directement à partir de poudres métalliques. Elle présente de nombreux avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication mais se heurte encore à une faible disponibilité des matériaux en poudre.Le travail effectué dans cette étude a donc consisté à étudier et à développer un nouveau moyen pour réaliser in situ des pièces en alliages et en composites à partir de mélanges de poudres.Au niveau expérimental le choix s’est porté sur le système Fer-Aluminium et sur un renforcement par des particules de SiC.Les essais ont permis de constater que dans le processus de fabrication de pièces par SLM la puissance du laser et la vitesse de balayage déterminent au premier chef la densité, la microstructure, la composition de phase et les propriétés mécaniques.À partir d’un mélange de poudres, des phases intermétalliques ont été obtenues en contrôlant les paramètres SLM. Un traitement thermique ultérieur influence les paramètres cristallins, le degré d’ordre et les propriétés mécaniques des pièces ainsi formées.Avec l’utilisation de poudres préalliées, un phénomène de texture a été observé prenant la forme de grains allongés/colonnaires orientés dans la direction de construction.Le renforcement de la matrice de fer par des particules de SiC de différentes tailles conduit à une modification structurale avec la formation de produits d’interaction, perlitie et martensite, conduisant à une amélioration de la résistance à la traction par rapport au Fe pur.

Selective laser melting (SLM), as one of the additive manufacturing (AM) technologies, enables the production of three dimensional (3D) complex parts directly from metal powders. It offers many significant advantages compared with traditional manufacturing methods; however it faces a limited availability of powder materials.The work done during this study consisted in investigating and developing a new way of in situ producing alloys and composites from powder mixtures.The iron-aluminum system and reinforcement by SiC particles were considered.Experiments have shown that the laser power and scanning speed primarily determine the density, microstructure, phase composition and mechanical properties in the manufacturing process of SLM parts.Using pre-alloyed powders, a phenomenon of texture was observed in the form of elongated/columnar grains oriented in the building direction.Using powder mixtures, intermetallic phases were obtained by controlling the SLM parameters. A heat treatment influences the crystal parameters, the degree of order and the mechanical properties of the formed parts.The reinforcement of the iron matrix by SiC particles of several sizes leads to a structural change with the formation of interaction products, perlite and martensite, leading to an improvement in tensile strength compared to pure Fe.