Usinage cryogénique de l’alliage aéronautique : Inconel 718

Cryogenic machining of the aeronautic alloy : Inconel 718

• Auteur / Autrice : Sana Chaabani
• Direction : Guenaël Germain, Pedro José Arrazola Arriola, Yessine Ayed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés de fabrication - Génie mécanique (AM)
• Date : Soutenance le 18/06/2021
• Etablissement(s) : Paris, HESAM en cotutelle avec Université de Mondragó
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire LAMPA (Laboratoire Arts et Métiers ParisTech d’Angers) - Laboratoire LAMPA (Laboratoire Arts et Métiers ParisTech d’Angers)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Lorenzo Sevilla Hurtado
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pedro José Arrazola Arriola, Yessine Ayed, Aitor Izagirre Madariaga, Oscar MARTÍN LLORENTE, José Carlos Outeiro, Mohammed Nouari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aitor Izagirre Madariaga, Oscar MARTÍN LLORENTE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés de fabrication

Inconel

Thèses et écrits académiques

Usinage

Mots clés libres

Comportement dynamique

Inconel 718

Usinage cryogénique

Tenue en fatigue

Cryogenic machining

Dynamic behavior

Fatigue resistance

Inconel 718

Résumé

Les alliages à base de nickel sont largement utilisés dans le secteur aéronautique vu leurs excellentes propriétés mécaniques à haute température et leur résistance à la corrosion. Cependant, l'usinage de ces matériaux est particulièrement difficile. Ceci est dû principalement à leur grandes propriétés mécaniques, leur très haute réactivité chimique avec la plupart des matériaux coupants et à un dégagement de chaleur important au niveau de la zone de coupe. Dans ce cadre, s'inscrivent les procédés d'usinage avec assistance visant à améliorer la productivité de certains matériaux qui sont difficiles à couper. Dans notre cas, on s'intéresse à l'assistance cryogénique. Elle consiste à injecter l'azote liquide (LN2) ou le dioxide de carbone liquide (LCO2) dans la zone de coupe permettant de faire chuter la température. Par conséquent, certains mécanismes d'usure sont décélérés et la durée de vie de l'outil est augmentée. En revanche, l'application de cette approche lors de l'usinage de l'Inconel 718 a démontré certaines limites en termes de durée de vie de l'outil et l'intégrité de surface de la pièce usinée contrairement à l'alliage de titane Ti64. C'est pourquoi, il s'avère très intéressant de discerner les mécanismes de dégradation de la productivité de l'Inconel 718 sous assistance cryogénique et d'améliorer au mieux les conditions opératoires. En plus, le comportement dynamique de l'Inconel 718 à des températures cryogéniques a été établi dans le but de caractériser les changements métallurgiques de l'Inconel 718 qui peuvent avoir lieu. Finalement, la prédiction de la tenue en fatigue est réalisée pour des éprouvettes percées sous conditions cryogéniques

Nickel-based alloys are widely used in the manufacture of aerospace engine components due to their excellent high-temperature thermo-mechanical properties and good corrosion resistance. However, machining these materials is particularly difficult, mainly because they maintain their properties at high temperatures, but also because of their high chemical reactivity with most cutting tool materials and their low thermal conductivity, which leads to wear due to the high temperatures reached at the cutting edge. In this context, the use of cooling/lubrication systems are very relevant in order to improve productivity in machining.Thus, this research work focuses on cryogenic machining, which consists of projecting liquid nitrogen (LN2) or liquid carbon dioxide (LCO2) into the cutting zone to reduce the temperature. The aim is to reduce some wear mechanisms and increase tool life. However, the application of this lubrication system machining Inconel 718 has to date shown limitations in terms of tool life and surface integrity of the machined part, as opposed to Ti64 titanium alloy. It is therefore considered of great interest to discern the mechanisms responsible for the poor machinability of Inconel 718 in cryogenic machining in order to propose a suitable process window. To this end, the dynamic behavior of Inconel 718 at cryogenic temperatures is characterized in order to determine the metallurgical alterations that may occur in the machined part. Likewise, the surface integrity condition obtained is analyzed and a study is made of the fatigue behavior of drilled specimens under cryogenic conditions.