Nouvelle fabrication de l'alliage 625 et du revêtement de liaison MCrAlY par la fusion laser sélective sur lit de poudre et contrôle des microstructures
Auteur / Autrice : | Jiwon Lee |
Direction : | Philippe Lours, Hyun-Uk Hong |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie mécanique, mécanique des matériaux |
Date : | Soutenance le 17/06/2020 |
Etablissement(s) : | Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux en cotutelle avec Changwon National University |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Clément Ader-Albi (2009-....) - Institut Clément Ader / ICA |
Jury : | Président / Présidente : Je-Hyun Lee |
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Lours, Hyun-Uk Hong, Heon-Young Ha, Sophie Costil, Mustapha Jouiad, Etienne Copin, Mathieu Terner | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Heon-Young Ha, Sophie Costil |
Résumé
Dans cette étude, l'alliage 625 a été élaboré par l'une des méthodes de fabrication additive (AM) les plus couramment utilisées, la fusion laser sélective sur lit de poudre (L-PBF), et ses propriétés mécaniques ont été évaluées à différentes températures. L'alliage 625 fabriqué par L-PBF a montré une résistance élevée et un allongement à la rupture médiocre. Ainsi, des traitements thermiques ont été appliqués pour améliorer ses performances. Un traitement thermique de mise en solution à une température supérieure à 1000 °C a été appliquée à l'alliage L-PBF 625, ce qui a entraîné une recristallisation en raison de l’énergie stockée par le matériau attribuée à la forte densité de dislocations présentes dans l’alliage. Cette microstructure modifiée a montré une résistance satisfaisante lors des essais de traction à température ambiante (résistance plus élevée que l'alliage corroyé 625 et allongement supérieur à l'alliage L-PBF brut de fabrication). À l'étape suivante, l'alliage L-PBF 625 recristallisé a été soumis à un traitement thermique de Grain Boundary Serration (GBS, dentelure des joints de grains) pour améliorer ses propriétés mécaniques à haute température. Comme il s'agissait de la première tentative pour générer la GBS d'un alliage à haute teneur en Nb, il était d'abord important de comprendre le mécanisme GBS. Pour induire le GBS, il est nécessaire que les larges atomes de soluté se déplacent près des joints de grains (GB). Par conséquent, le traitement thermique GBS a été modifié pour être appliqué à l'alliage L-PBF 625. Le traitement thermique de GBS spécialement conçu a réussi à induire pour la première fois les motifs en zigzag des GB dentelés. Cet alliage GB-L-PBF dentelé 625 a montré des propriétés mécaniques améliorées à haute température en termes de ductilité accrue et d'élimination de l'effet de vieillissement dynamique (DSA). Pour améliorer davantage les propriétés à haute température de l'alliage L-PBF 625, un revêtement de liaison NiCrAlY a été nouvellement appliqué au substrat en alliage 625 par la même méthode (L-PBF) pour améliorer l'efficacité du processus de production et augmenter la résistance à l'oxydation/corrosion à haute température. Bien que leurs différentes propriétés thermiques aient conduit à de nombreux essais et erreurs dans la fabrication du matériau, les paramètres optimaux ont été définis et vérifiés pour évaluer le potentiel de commercialisation du procédé. La caractéristique de refusion du L-PBF a induit une bonne liaison entre le substrat et le revêtement, ce qui indique une bonne stabilité. Le comportement à l'oxydation de l'alliage 625 revêtu de NiCrAlY a été caractérisé par analyse thermo-gravimétrique (TGA) et des tests de chocs thermiques ; les résultats ont indiqué que le nouveau matériau avait une résistance à l'oxydation plus élevée que l'alliage 625 brut de fabrication. Par conséquent, le traitement thermique de GBS associé à un revêtement NiCrAlY efficace peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques à haute température de l'alliage 625 fabriqué par L-PBF.