Etude de la faisabilité de la fabrication de pièces fonctionnelles à partir d'alliages intermétalliques, matériaux métallo-céramiques et superalliages au moyen de la fusion sélective par laser

Themanufacturing feasibility of functional parts from intermetallic alloys, cermet materials and superalloys by means of selective laser melting

• Auteur / Autrice : Alexey Domashenkov
• Direction : Igor Smurov, Maria Doubenskaia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon en cotutelle avec Saint-Etienne, Ecole nationale d'ingénieurs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages

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Résumé

La présente étude doctorale est dédiée à l'élaboration de superalliages et de matériaux non-conventionnels (céramo-métalliques et intermétalliques) au moyen de la technique de la fusion sélective par laser. Plus particulièrement, le mémoire est centré sur les relations entre des paramètres du processus, des aspects de la science des matériaux et des propriétés résultantes. Le chapitre 1 présente le principe de la technique empliquée et une étude bibliographique des alliages métalliques courants pour la fusion sélective par laser (SLM). Le chapitre 2 est dédié à la description de superalliages, de matériaux céramo-métalliques et d'intermétalliques. Les problématiques, liées au traitement par laser des alliages impliqués, sont étudiées. Les résultats de la mise au point de la poudre du superalliage monocristallin Thymonel-2 pour SLM sont décrits dans le chapitre 3. Trois cycles de post-traitement thermique ont été étudiés. Les résultats de SLM de la poudre B4C, enrobée par une couche de Co pur, sont montrés dans le chapitre 4. Les micro- et macrostrutures, aussi bien que la composition de phases des échantillons ont été analysées. Le chapitre 5 est consacré à la mise au point des poudres de WC/Co standard et nanostructurée. Une dépendance de la taille résultante de cristallites WC par rapport à la taille initiale a été trouvée. L'étude du chauffage de l'alliage intermétallique NiTi pendant SLM fait l'objet du chapitre 6. Les résultats en inox 304L, en alliage Ti-6Al-4V et en superalliage Inconel 718 ont été utilisés dans les essais. Le chapitre 7 est dédié au diagnostic optique pendant la formation de cordons unitaires en alliage intermétallique TiAl, ainsi qu'à l'analyse de spécimens élaborés à partir de cet alliage. Les courbes de chauffage et de refroidissement ont été obtenues au moyen d'un pyromètre et d'une caméra thermique. Le chapitre 8 décrit le développement d'un modèle mathématique de processus thermiques (cycles thermiques après plusieurs passages lasers) pendant le traitement d'un matériau par une source d'énergie concentrée. Le domaine d'application de ce modèle a été analysé.

Processing of superalloys and non-conventional materials (cermets and intermetallics) by means of selective laser melting is the subject of the current study. The particular attention is paid to relations between process parameters, aspects of the materials science and resulting properties. Chapter 1 describes the principles of the involved technology and the literature review of standard materials in selective laser melting (SLM). Chapter 2 is devoted to the description of superalloys, cermets and intermetallic alloys. Issues related to laser treatment of the involved alloys are investigated. Chapter 3 describes of a single crystal superalloyThymonel-2. Three post heat treatment cycles are studied. Results of selective laser melting of ceramic powder particles B4C, cladded by a layer of pure cobalt, are shown in chapter 4. Analysis of micro- and macrostructures, as well as phase analysis, are performed. Chapter 5 is dedicated to SLM of WC/Co standard and nanophased powders. There are demonstrated strict relations between the initial size of WV elementary domains and the resulting one. Studying of the heating procedure during laser processing of NiTi is the subject of the chapter 6. Stainless steel 304L, titanium alloy Ti-6Al-4V and superalloys. Inconel 718 were used as building substrate materials. Chapter 7 is dedicated to the optical diagnostics of unitary track formation from aluminide of titanium, as well as to analysis of specimens obtained from this intermetallic alloy. The diagnostics was perfomed by means of a single-wave pyrometer and a thermographic camera. Chapter 8 describes the development of a mathematical model of thermal cycles during processing of a material by a concentrated source of energy. The applicability domain of the model is analyzed by the comparison of the simulation results with the experimental ones.