Etude du comportement mécanique et des mécanismes d'endommagement de pièces métalliques réalisées par fabrication additive

par Victor Chastand

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Éric Charkaluk et de Philippe Quaegebeur.

Soutenue le 10-11-2016

à l'Ecole centrale de Lille , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de mécanique de Lille (LML) (laboratoire) et de Laboratoire de mécanique de Lille / LML (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Yves Buffière.

Le jury était composé de Andrei Constantinescu, Yannick Cadoret.

Les rapporteurs étaient Aude Simar, Yves Nadot.

mots clés

• Fabrication additive
• Essai de traction
• Essai de fatigue
• Mécanismes d’endommagement
• Titane
• Aluminium
• Microtomographie
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)
• Aluminium
• Statique
• Matériaux -- Fatigue
• Titane -- Alliages -- Fatigue
• Microtomographie

Résumé

La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l’analyse des mécanismes d’endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d’analyse est indispensable pour l’industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d’endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe.

mots clés

• Additive manufacturing
• Tensile test
• Fatigue test
• Damaging mechanisms
• Titanium
• Aluminium
• X-ray computed tomography

Titre traduit

Studying the mechanical behaviour and the damaging mechanisms of metallic parts produced by additive manufacturing

Résumé

Additive manufacturing offers new opportunities for industries to manufacture complex parts with no additional tooling and better optimization of the material used.This thesis is about the analysis of the mechanical properties and the damaging mechanisms of parts produced by additive manufacturing, using mechanical properties of casted and wrought parts as reference. This type of analysis is necessary in order to industrialize the process.The tensile and fatigue properties on Titanium Ti-6Al-4V and Aluminium AlSi7Mg0,6 were measured. The effects of the process, the manufacturing direction, the post-machining and the post-heat treatments were compared. Properties are at least at the level of casting.A correlation of these results with microstructures and fracture surfaces was made in order to extract the damaging mechanisms. A method to measure the criticity of the defects in a part was defined. Some of these hypotheses were verified using microtomographic in situ tensile tests.