Comportement en fatigue et résistance à l'endommagement d'alliages aéronautiques fabriqués par fusion sélective par laser (SLM)

par Rémi Lacoste

Projet de thèse en Génie mécanique, mécanique des matériaux

Sous la direction de Farhad Rezaï-Aria et de Thomas Pottier.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux , dans le cadre de MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés , en partenariat avec ICA - Institut Clément Ader (laboratoire) depuis le 04-12-2013 .


  • Résumé

    La fabrication additive regroupe de nouveaux procédés permettant non seulement de fabriquer des pièces pour des applications de prototypage rapide, mais aussi des pièces fonctionnelles avec des formes externes et internes bien plus développées que celles possibles avec les technologies conventionnelles. La fusion sélective par laser (SLM) de poudres métalliques est le procédé de fabrication additive étudié dans cette thèse. Dans le cadre de projets menés dans un contexte régional, l'ICA-Albi a mené des investigations sur les propriétés mécaniques et le comportement statique et cyclique d'alliages d'aluminium obtenus par SLM, en étroite collaboration avec la société FUSIA. Dans le cadre du nouveau projet ALMIA (Additive Layer Manufacturing for Industrial Applications), cette thèse a pour but de poursuivre ces investigations et de les compléter par une étude sur un alliage de titane. La microstructure des alliages SLM sera caractérisée à l'aide de moyens d'investigation avancés. Une analyse des poudres, matériau de base, sera également effectuée afin de comprendre les transformations ayant lieu au cours du procédé. Les comportements fondamentaux (statiques et cycliques) et les mécanismes d'endommagement en fatigue, mal connus, seront étudiés. Pour cela, des essais de traction, de fatigue oligocyclique et de propagation de fissure en fatigue seront menés. La méthode de corrélation d'images permettra de mesurer les champs de déformation et de déterminer l'amplitude d'ouverture de fissure (COD). Les effets de l'orientation de fabrication et d'un traitement de relaxation de contraintes sur les propriétés des alliages seront analysés. Les résultats serviront à évaluer la nécessité de post-traitements (en particulier de traitements thermiques) et seront comparés à ceux de matériaux élaborés par des procédés classiques.

  • Titre traduit

    Fatigue behaviour and damage tolerance of aeronautical alloys fabricated by Selective Laser Melting (SLM)


  • Résumé

    Additive manufacturing technologies are new processes for the production of pieces for rapid prototyping applications, but also functional parts with external and internal shapes much more complex than those possible with conventional technologies. Selective Laser Melting (SLM) of metallic powders is the process studied in this thesis. In connexion with regional projects, ICA-Albi has led investigations on mechanical properties and static and cyclical behaviour of aluminium alloys fabricated by SLM, in close collaboration with FUSIA. The aim of this thesis is to continue these investigations and to complete them with the study of titanium alloys within the context of the ALMIA (Additive Layer Manufacturing for Industrial Applications) project. Advanced means of investigation will be used to characterize the microstructure of the SLM alloys. The powders, base material, will be also analysed in order to understand the transformations that occur during the process. Fundamental behaviours (static et dynamic) and fatigue damage mechanisms, still not clear, will be studied. Tensile, low cycle fatigue and fatigue crack growth tests will be conducted for that purpose. Strain fields will be measured and crack opening displacement (COD) will be determined with digital image correlation. The effects of the orientation of fabrication and the stress-relief treatment on the alloys properties will be studied. The results will be used to assess the need of post-treatments (especially heat treatments) and will be compared with those of materials manufactured by conventional processes.