Contrat de thèse (H/F) Contrôle de la microstructure et des propriétés en fabrication additive arc-fil

Sujet de thèse :
Objectif :
Ce projet vise à utiliser des systèmes de refroidissement initialement développés à l’IMN pour augmenter la productivité de procédés de fabrication additive (FA) à des fins de contrôle de la microstructure développée en cours de fabrication d’une pièce via des procédés FA arc-fil avec des alliages à hautes propriétés. L’alliage retenu pour cette étude – le 17-4PH, un acier inoxydable martensitique à durcissement structural – doit ses hautes propriétés mécaniques à sa microstructure complexe et est donc sujet à de nombreux phénomènes métallurgiques pilotables via le chemin thermique parcouru lors de la fabrication d’une pièce.
Contexte :
Le développement de la fabrication additive métallique par procédés arc-fil (WAAM) met en évidence le besoin accru de gestion de la thermique du procédé. En effet, la maitrise des phénomènes thermiques est la clé pour accroitre les performances mécaniques des produits (notamment à travers le contrôle de leur microstructure) et augmenter la productivité des procédés.
Parmi ces nombreux travaux réalisés au laboratoire, deux résultats marquants ont été mis en évidence :
- les vitesses de refroidissement en cours de fabrication additive peuvent être contrôlées à l’aide de systèmes de refroidissement basés sur l’aspersion d’un aérosol air-eau entre deux dépôts ; permettant ainsi d’obtenir des dépôts avec une géométrie et une microstructure similaires à celles obtenues en refroidissement naturel mais en divisant par 10 le temps de fabrication ; tout en préservant la santé matière des pièces fabriquées.
- pour un acier inoxydable martensitique, les contraintes et déformations sont très fortement influencées par le choix de maintenir ou non la température interpasse au-dessus ou en-dessous de la température de début de transformation martensitique (Ms ≈ 150°C).
Les aciers inoxydables martensitiques à durcissement structural, comme le 17-4PH et le 15-5PH par exemple, développent une vaste gamme de microstructures aux propriétés très différentes selon les chemins thermiques parcourus en cours de fabrication additive. Parmi ces éléments de microstructures et transformations en phase solide leur donnant naissance, on peut retrouver :
- la quantité de ferrite δ résiduelle : après une solidification complète en ferrite δ, l’alliage se transforme en austénite γ. L’avancement de cette transformation est d’autant plus important que le temps passé à très haute température (gamme 1100-1300°C) est important. La ferrite δ résiduelle constitue une source de fragilisation pour l’alliage, que ce soit du point de vue mécanique ou de la tenue à la corrosion.
- la transformation martensitique de l’austénite : lorsque le matériau est refroidi en-dessous d’une température assez basse (Ms = 130°C pour le 17-4PH), l’austénite γ se transforme en une microstructure fine de martensite α’ qui confère au matériau une partie de ses propriétés mécaniques finales. Cette tra
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