Resume de these_Thomas Vilaro - MINES ParisTech

www2.mat.ensmp.fr

Resume de these_Thomas Vilaro - MINES ParisTech

Soutenance de thèse de : Thomas VILARO

Fabrication de pièces aéronautiques et spatiales en Nimonic 263 et A360 par le procédé de

fusion sélective de lits de poudre: approche thermique, métallurgique et mécanique.

Fabrication of aeronautical and spatial parts in Nimonic 263 and A360

Titre anglais : through selective laser melting process: thermal, microstructural and

mechanical approaches

Ecole Doctorale : SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Spécialité : Sciences et génie des matériaux - Evry

Cette soutenance aura lieu Mercredi 20 Avril 2011à 14h00

Adresse de la soutenance : MINES ParisTech 60 Bld St Michel 75006 Paris - V.107

devant le jury composé de :

Francis DELANNAY

Professeur

Université Catholique de

Louvain

Examinateur

Dominique GREVEY Professeur IUT Le Creusot Rapporteur

Frederic DESCHAUX

BEAUME

Philippe BERTRAND

Maitre de Conférences

HDR

Maitre de Conférence

HDR

IUT de Nimes

ENISE

Rapporteur

Examinateur

Alain BERNARD Professeur Ecole centrale de Nantes Examinateur

Stephane ABED Docteur Poly-Shape Examinateur

Christophe COLIN Docteur MINES ParisTech Examinateur

Yves BIENVENU Professeur MINES ParisTech Examinateur

Mots clés en

français :

Mots clés en

anglais :

Fusion sélective de lits de poudre,Interaction faisceau laser/lit de

poudre,superalliage Nimonic 263,AlSi10Mg

(A360),Solidification,microstructure propriétés mécaniques

Selective laser Melting,laser beam interaction with powder bed,Superalloy

Nimonic 263,Aluminium alloy AlSi10Mg,Solidification,microstructure ,

mechanical properties

Résumé de la thèse en français :

La fusion sélective de lits de poudre est un procédé très prometteur pour l'industrie

aéronautique et spatiale car il permet de générer des pièces complexes directement à partir

d'empilements de couches de poudre métallique. Etant donné que seul un fichier CAO est

nécessaire, une diminution du temps de développement et d'optimisation des pièces est

observée. A cause de son manque de maturité, les pièces produites présentes encore quelques

défauts de fabrication tels que des manques de fusion et sont généralement assez rugueuses.

Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les phénomènes thermiques, métallurgiques


et mécaniques engendrés au cours de la fabrication additive d'une pièce. Les matériaux de

l'étude sont un superalliage base nickel Nimonic 263 et un alliage d'aluminium A360. Une

machine industrielle a été modifiée afin de recevoir des instruments de mesure de température

sans contact dans le but de suivre l'évolution de la vitesse de chauffe et de refroidissement

tout comme les gradients thermiques en amont et en aval du bain. Il est montré que ces

caractéristiques thermiques varient fortement avec les paramètres opératoires du premier

ordre et notamment avec la vitesse de balayage du faisceau laser. A cause de ces conditions

thermiques particulières, les microstructures des alliages Nimonic 263 et A360 sont hors

d'équilibre. Cette étude permet donc de lier les microstructures obtenues aux conditions

thermiques du procédé pour finalement en déduire les chemins de solidification de ces deux

alliages. Comme ces microstructures sont trempées, deux stratégies de traitement thermique

ont été développées à partir de la microstructure brute de fabrication. La stratégie haute

température implique une étape d'homogénéisation puis une étape de précipitation des phases

renforçantes. La stratégie basse température est composée d'un recuit à moyenne température

et permet de détensionner les contraintes résiduelles tout en conservant la microstructure fine

du brut de fabrication. Ces différents états métallurgiques pour chacun des deux alliages sont

ensuite caractérisés en traction à température ambiante. Le Nimonic 263 présente des

propriétés mécaniques élevées bien que quelques défauts de fabrication sont observables sur

les faciès de rupture. Il est noté une forte anisotropie entre la direction longitudinale et la

direction transverse à cause de la croissance orientée des grains liée à la thermique du

procédé. Les essais de durée de vie à 550°C montrent que les quelques défauts de fabrication

qui persistent sont toujours à l'origine de la rupture et sont plus sensibles en fatigue à chaud

qu'en traction à l'ambiante. Les propriétés de traction de l'A360 sont proches du matériau

coulé et ce quel que soit le traitement thermique appliqué.

Résumé de la thèse en anglais:

Selective laser melting process has attracted a lot of attention from the aeronautical and

spatial industries because it is possible to build up complex shaped parts directly out of

powder beds. Thanks to its automation, the only requirement is a CAD file. This leads to an

important lead time saving during new part developments. However and due to its lack of

maturity, the parts elaborated by selective laser melting process still present some defects

such as lack of melting and a high surface roughness, needing post-fabrication stages. This

study is aimed at understanding the thermal, microstructural and mechanical phenomena

arising during additive manufacturing. The alloys of the study are a nickel base superalloy

Nimonic 263 and an aluminium alloy A360. An industrial laser melting machine has been

equipped with infrared thermal measurement devices in order to follow the evolution of the

heating and the cooling rates, and the thermal gradients ahead and at the back of the melting

pool. It is shown that the thermal behaviour of the process is strongly influenced by the major

process parameters and especially the scanning speed of the laser beam. Due to the particular

thermal regime of the process, the resulting microstructures of the Nimonic 263 and A360 are

out-ofequilibrium. This work enables to follow the solidification path from the liquid to the

solid for both alloys. Heat treatments based upon the as-fabricated microstructures are

developped following two strategies. The high temperature strategy involves a solution

treatment and a precipitation treatment in order to strengthen the alloys. The low temperature

strategy comprises a medium temperature range treatment to relieve the residual stresses

while maintaining the fine as-fabricated microstructrure. These various microstructures are

tested through tensile tests at room temperature. The Nimonic 263 exhibits high mechanical

properties even though some manufacturing defects are observed on the fracture surfaces. It is

noted a strong anisotropy between the longitudinal and the transverse direction because of the


epitaxial growth of the grains. The life cycle tests at 550°C show that the defects are more

sensible in fatigue than in tension at room temperature. The mechanical properties of the

A360 are close to the conventionnal cast properties and so whatever the heat treatment carried

out.

More magazines by this user
Similar magazines