Caractérisation et modélisation de la tenue à la fatigue et à la corrosion de l’acier inoxydable super duplex 2507 obtenu par fabrication additive LP-DED

Characterisation and modelling of the fatigue and corrosion resistance of 2507 super duplex stainless steel obtained by LP-DED additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Sébastien Ballésio
• Direction : Fabien Szmytka, Cédric Doudard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et des solides, acoustique
• Date : Soutenance le 05/07/2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau ; 1970 -....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Mécanique et Applications Industrielles (Palaiseau ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Rauch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Dhondt, Gilbert Hénaff
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Normand, Véronique Aubin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Corrosion

Acier inoxydable

Acier inoxydable -- Fatigue

Mots clés libres

Fabrication Additive

Acier inoxydable super duplex

Fatigue

Corrosion

Additive Manufacturing

Super duplex stainless steel

Fatigue

Corrosion

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de proposer une étude approfondie du couple ''Acier inoxydable super duplex 2507 – procédé Laser Powder-Direct Energy Deposition (LP-DED)'' et d'établir une démarche d'optimisation du processus de fabrication (avec ou sans traitement thermique) en termes de propriétés mécaniques et électrochimiques. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes sont entreprises.Tout d'abord, des critères pour évaluer la qualité du matériau déposé par fabrication additive sont définis. Cela aboutit à l'optimisation des paramètres d'impression en utilisant la machine LP-DED BeAM Mobile-004 et la poudre d'acier inoxydable super duplex SAF2507.Ensuite, l'impact du procédé sur la microstructure est évalué ainsi que de divers traitements thermiques appliqués à la matière brute fabriquée par procédé LP-DED.Une comparaison avec un acier forgé de même nuance est également proposé et permet de mettre en perspective les différences et points communs entre les procédés conventionnels et la fabrication additive métallique.Des essais de traction uniaxiale, de dureté, de corrosion par piqûre et des campagnes d'essais de fatigue sont alors menés sur les différents matériaux obtenus. Cette phase expérimentale permet d'étudier l'influence de la microstructure et d'observer les variations des propriétés examinées.Enfin, en ouverture, un modèle est proposé pour décrire le comportement en fatigue observé sur l'acier inoxydable super duplex 2507. Ce modèle tient compte du caractère biphasique du matériau, chaque phase présentant un comportement spécifique. La proportion de chaque phase est intégrée pour tenter de refléter les contrastes observés lors des campagnes d'essais de fatigue par auto-échauffement en fonction de la microstructure du matériau.Cette thèse contribue ainsi à une meilleure compréhension et optimisation du procédé de fabrication additive LP-DED pour l’acier inoxydable super duplex 2507, en mettant en lumière l'importance de la microstructure sur les propriétés mécaniques et électrochimiques du matériau.Elle propose ainsi les procédés et leurs limites pour aboutir à un matériau imprimé avec les propriétés attendues.

The main objective of this thesis is to propose an in-depth study of the ''Super duplex 2507 stainless steel - Laser Powder-Direct Energy Deposition (LP-DED) process'' combination and to establish an approach for optimising the manufacturing process (with or without heat treatment) in terms of mechanical and electrochemical properties. Several steps are being taken to achieve this objective.Firstly, criteria for assessing the quality of the material deposited by additive manufacturing are defined. This led to the optimisation of printing parameters using the LP-DED BeAM Mobile-004 machine and SAF2507 super duplex stainless steel powder.Next, the impact of the process on the microstructure is assessed, as well as the impact of various heat treatments applied to the LP-DED raw material. A comparison with a forged steel of the same grade is also proposed, enabling the differences and similarities between conventional processes and metal additive manufacturing to be put into perspective.Uniaxial tensile tests, hardness tests, pitting corrosion tests and fatigue test campaigns are then carried out on the various materials obtained. This experimental phase enables the influence of microstructure to be studied and variations in the properties examined to be observed.Finally, a model is proposed to describe the fatigue behaviour observed in super duplex 2507 stainless steel. This model takes account of the two-phase nature of the material, with each phase exhibiting a specific behaviour. The proportion of each phase is integrated in an attempt to reflect the contrasts observed during self-heating fatigue testing campaigns as a function of the material's microstructure.This thesis contributes to a better understanding and optimisation of the LP-DED additive manufacturing process for super duplex 2507 stainless steel, by highlighting the importance of the microstructure on the mechanical and electrochemical properties of the material.