Anisotropie de propagation de fissure de fatigue dans le superalliage INCONEL 718 élaboré par fabrication additive

Fatigue crack propagation anisotropy in Inconel 718 superalloy produced by additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Mélanie Prost
• Direction : Vincent Maurel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Doquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Maurel, Patrice Peyre, Sylvain Dépinoy, Djamel Missoum Benziane, Alain Köster
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rafael Estevez, Etienne Pessard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Avions -- Matériaux

Mots clés libres

Fabrication additive

Comportement anisotropique

Propagation de fissure de fatigue

Additive manufacturing

Anisotropic behavior

Fatigue crack growth

Résumé

La fabrication additive (FA), et notamment la fabrication par lit de poudre (Laser Beam Melting / LBM) est un procédé mature pour certains matériaux, dont certains superalliages base Ni faiblement chargés, matériaux cibles pour l'industrie aéronautique. Les caractérisations de propriétés mécaniques pour des pièces FA sont le plus souvent abordées sous l'angle seul des propriétés de traction, alors que pour de nombreuses applications, c'est la fatigue qui permettra de dimensionner une pièce. Il a ainsi été montré que ces matériaux présentent une anisotropie de comportement. L’objectif de cette thèse est d’analyser l’anisotropie de propagation de fissure de fatigue. Dans un premier temps, nous avons choisi deux conditions de fabrication qui nous ont permis d’obtenir deux microstructures distinctes. Des essais d’écrouissage nous ont permis d’identifier un comportement anisotrope pour ces deux configurations. Nous avons complété cette étude en analysant l’anisotropie de vitesses et chemins de propagation de fissure. Ces essais permettent en effet d'établir clairement le rôle des hétérogénéités de microstructure. Une simulation numérique de ces essais nous a permis de quantifier l’énergie nécessaire à l’avance de fissure dans un matériau fortement anisotrope.

Additive manufacturing (AM), and in particular Selective Laser Melting (SLM), is a mature process for certain materials, including certain low-loaded Ni-based superalloys, target materials for the aeronautical industry. The characterizations of mechanical properties for AM parts are most often used from tensile properties, while for many applications, it is fatigue which will allow a part to be dimensioned. It has thus been shown that these materials exhibit anisotropic behavior. The objective of this thesis is to analyse the anisotropy of fatigue crack propagation. First, we chose two manufacturing conditions which give us two distinct microstructures. Hardening tests have enabled us to identify anisotropic behavior for these two configurations. We completed this study by analysing the anisotropy of fatigue crack growth rate and crack paths. Fatigue crack growth tests make it possible to clearly establish the role of microstructure heterogeneities. Numerical simulation of these tests allow a quantification of needed crack growth energy in an highly anisotropic material.