Etude de l'influence des paramètres de fabrication sur la microstructure et le comportement à rupture d'un alliage Νi20wt.%Cr produit par Fusion Laser sur Lit de Poudre

Ιnvestigatiοn οf the influence οf the prοcess parameters οn the micrοstructure and fracture behaviοr οf a Νi20wt.%Cr allοy prοduced by Laser Ροwder Bed Fusiοn

• Auteur / Autrice : Sélia Benmabrouk
• Direction : Benoit Vieille, Eric Hug
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, génie mécanique, productique, transport et génie civil
• Date : Soutenance le 18/10/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....) - Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Charkaluk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoit Vieille, Eric Hug, Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Jonathan Cormier, Clément Keller, Laurine Choisez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Jonathan Cormier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Microstructure (physique)

Rupture, Mécanique de la

Nickel

Chrome

Alliages

Procédés de fabrication

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive

Ni20Cr

Propriétés à rupture

Additive manufacturing

Ni20Cr

Fracture properties

Microstructure

Résumé

Le comportement à rupture d’alliages base-nickel conventionnels (coulés, forgés…) est depuis longtemps étudié dans le cadre du dimensionnement des structures. Cependant, les microstructures complexes issues des procédés de fabrication additive métallique induisent des comportement mécaniques différents, compliquant la transposition des savoir-faire. Afin de contribuer à mieux comprendre les mécanismes de rupture issus de ces procédés, ces travaux de thèse s’intéressent au comportement à rupture de l’alliage Ni20wt.%Cr produit par Fusion Laser sur Lit de Poudre. L’influence de trois paramètres de fabrication est étudiée : l’orientation de fabrication (horizontale ou verticale), l’angle entre les couches de lasage (67° ou 90°), et la densité d’énergie volumique (60 J/mm³ ou 90 J/mm³). Des essais de propagation de fissure sont réalisés afin de déterminer et comparer les propriétés à rupture (ténacité et module de déchirure) de chaque stratégie de fabrication. Les microstructures initiale et post-mortem sont analysées pour identifier les mécanismes à rupture. Les résultats indiquent que la propagation de fissure est majoritairement pilotée à l’échelle microscopique, avec un rôle important de l’orientation, la morphologie et la taille des grains. La ductilité devient également un paramètre fondamental lorsque les caractéristiques microstructurales sont similaires entre deux configurations de fabrication.

The fracture behavior of conventional nickel-based alloys (cast, wrought…) has been studied for decades for structural design purposes. However, the complex microstructure induced by metallic additive manufacturing processes results in different mechanical behaviors, which hinders the use of existing knowledge. To better understand the fracture mechanisms associated with these processes, this PhD research investigates the fracture behavior of a Ni20wt.%Cr alloy produced by Laser Powder Bed Fusion. The influence of three manufacturing parameters is studied: the building orientation (horizontal or vertical), the rotation angle between layers (67° or 90°), and the volumetric energy density (60 J/mm³ or 90 J/mm³). Crack propagation tests are conducted to determine and compare the fracture properties (fracture toughness and tearing modulus) of each printing strategy. Initial and post-mortem microstructures are analyzed to identify the fracture mechanisms. Results demonstrate that the crack propagation is mainly governed at the microscale, with a strong influence from the grain’s orientation, morphology, and size. Ductility also becomes a key parameter when few differences are noted between the microstructural features of two given printing strategies.