Étude d'un alliage base nickel obtenu par L-PBF et par fonderie pour applications à haute température : relations procédés - microstructures - propriétés mécaniques

Study of a nickel-based superalloy obtained by L-PBF and casting for high temperature applications : Processes - microstructures - mechanical properties relationship

• Auteur / Autrice : Anthony Ty
• Direction : Joël Alexis, Olivier Dalverny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 17/05/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-2025)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Delagnes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Alexis, Olivier Dalverny, Denis Delagnes, Éric Lacoste
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Fraczkiewicz, Charles-André Gandin
• DOI : 10.70675/44eb6459za9dfz4fbezb235zcb0e17894d8c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Alliages

Mots clés libres

Fabrication Additive

Fusion laser sur lit de poudre (L-PBF)

Superalliage base nickel

NiCrBSi

Transformations de phases

DRX in situ

Additive Manufacturing

Laser powder bedfusion (L-PBF)

Nickel-based superalloy

NiCrBSi

Phase transformations

In situ XRD

Résumé

Ces travaux de thèse visent à la compréhension des liens entre les paramètres du procédé de fabrication additive L-PBF, la santé matière, la microstructure et les propriétés mécaniques de pièces en alliage NiCrBSi. Pour ce faire, nous étudions la microstructure complexe de ces alliages, tant dans le cas d’une structure à l’équilibre générée par le procédé de fonderie, que hors équilibre générée par le procédé L-PBF. Pour le premier cas, la genèse de la microstructure est déterminée par l’analyse des transformations liquide-solide et solide-solide à l’équilibre. Pour le second cas, le domaine de fabricabilité ainsi que les liens entre les paramètres de fabrication, la santé matière, la microstructure et la dureté sont décrits. Par ailleurs, les transformations microstructurales engendrées par les traitements thermiques sont aussi étudiées pour les deux types de microstructures. La fabrication additive d’un tel alliage amène des problèmes de santé matière, dont la fissuration, qui n’a pas pu être évitée. Néanmoins une dureté élevée à haute température ainsi qu’une grande stabilité microstructurale, ont été validées.

This thesis aims to understand the relationships between the parameters of the Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) additive manufacturing process, the material health, the microstructure, and the mechanical properties of NiCrBSi alloy components. To achieve this, the complex microstructure of these alloys is investigated both in the case of an equilibrium structure generated by the casting process and an out-of-equilibrium structure generated by the L-PBF process. For the former case, liquid-solid and solid-solid transformations at equilibrium are analyzed. For the latter case, the manufacturability domain, as well as the relationships between manufacturing parameters, material health, microstructure, and hardness, are described. Additionally, microstructural transformations induced by heat treatments are also studied for both types of microstructures. The additive manufacturing of such an alloy introduces material health issues, including cracking, which could not be avoided. Nevertheless, a high hardness at high temperature and excellent microstructural stability, have been validated.