Fabrication, traitement thermique et influence de l'usinage sur la résistance à la fatigue de l'Inconel 718 conventionnel et additive

Fabrication, heat treatment and machining influence on the fatigue resistance of conventional and additive Inconel 718

• Auteur / Autrice : Sasidharan Periane
• Direction : René Leroy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Mécanique et Productique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 03/06/2020
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bailly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : René Leroy, Albert Tidu, Guillaume Fromentin, Jonanathan Cormier, Arnaud Duchosal, Stéphen Meo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Albert Tidu, Guillaume Fromentin

Mots clés

Mots clés libres

Fabrication d'additif

Traitement thermique

L'usinage

Fatigue

Traction

Fluage

Additive fabrication

Heat treatment

Machining

Fatigue

Tensile

Creep

Résumé

Cette étude a été réalisée pour déterminer l'influence de la fabrication, du traitement thermique et de l'usinage sur la résistance à la fatigue d’un alliage d’Inconel 718 coulé et forgé (C&W) et fabriqué par Fusion Sélective Laser (SLM). L'influence des différentes orientations de fabrication sur l'intégrité de la surface a été étudiée. Les échantillons ont ensuite été soumis à des traitements thermiques comme le pressage isostatique à chaud (HIP) et le traitement thermique aéronautique (AHT). L'analyse de la microstruture révèle les couches du bain de fusion pour les échantillons bruts et la présence de précipités de renforcement pour les échantillons traités thermiquement. L'analyse de l'EBSD a révelé l'orientation du grain. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques ont été vérifiées entre les échantillons de C&W et de SLM, puis dans un second temps des essais de traction et de fluage ont été réalisés. L'influence de l'orientation sur l'usinage a été validée sur la base des efforts de coupe et de la rugosité de la surface usinée. Ensuite, des plans d'expériences (DOE) et des tests de durée de vie des outils ont été réalisés pour les échantillons C&W et SLM dans des conditions sans lubrification, et avec lubrification. En évaluant les conditions suivantes : consommation de l'énergie spécifique de coupe (Wc), débit d'enlèvement de matière (MRR) et rugosité de la surface usinée (Ra). La meilleure condition d'usinage a été trouvée pour les échantillons C&W et SLM sous environnement sec, MQL et avec lubrification. L'évolution de la mesure de la contrainte résiduelle a été mesurée dans des conditions d’échantillons bruts, traités thermiquement et après usinage. En conclusion de l’étude, une condition d’orientation de la fabrication, de traitement thermique et d’usinage est retenue pour augmenter la tenue à la résistance à la fatigue. Mots-clés: SLM,HIP,AHT, EBSD, Contraint résiduelle, Usinage, Durée de vie, Fatigue

This work was carried out to find the influence of fabrication, heat treatment and machining on the fatigue resistance using Cast & wrought (C&W) and Selective Laser melted (SLM) Inconel 718. The influence of different orientations of fabrication on surface integrity were investigated. The samples were then subjected to heat treatments like Hot Isostatic Pressing (HIP) and Aeronautic Heat treatment (AHT). The microstructural analysis revealed the melt pool layers of as-built samples and the presence of strengthening precipitates of heat treated samples. The EBSD analysis showed the orientation of the grain. The mechanical properties were verified between the C&W and the SLM samples, following which tensile and creep tests were conducted. The orientation influence on machining was validated based on cutting force and machined surface roughness. Then the Design of Experiments (DOE) and Tool life time tests were performed for C&W and SLM sample under dry, MQL and wet conditions. By evaluating based on the following criteria: minimum consumption of the specific cutting energy (Wc), maximum material removal rate (mrr) and minimum surface roughness (Ra). The best machining condition was found for both C&W and SLM samples under dry, MQL and emulsion environment. The evolution of residual stress measurement was measured in as-built, heat treated and after machined conditions. In conclusion of the study, the type of orientation of fabrication, different heat treatments and machining were retained to improve the fatigue resistance. Keywords: SLM, HIP, AHT, EBSD, Residual stress, Machining, Tool life time test, Fatigue