Etude du lien entre les propriétés mécaniques et la microstructure d'un alliage Ni20Cr fabriqué par fusion laser sur lit de poudre : Etude du lien entre les propriétés mécaniques et la microstructure d'un alliage Ni20Cr fabriqué par fusion laser sur lit de poudre

Investigation of the link between mechanical properties and microstructure of Ni20Cr alloy manufactured by laser powder bed fusion

• Auteur / Autrice : Shubham Sanjay Joshi
• Direction : Clément Keller, Williams Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, génie mécanique, productique, transport et génie civil
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Aude Simar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clément Keller, Williams Lefebvre, Cécilie Duhamel, Nicolas Saintier, Jean-Philippe Couzinie, Anis Hor, Eric Hug
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécilie Duhamel, Nicolas Saintier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Métaux -- Fatigue

Dislocations dans les métaux

Microstructure (physique)

Écrouissage

Mots clés libres

Fabrication additive

Ni20Cr

Modèle de Kocks-Mecking

Propriétés de fatigue

Additive manufacturing

Ni20Cr

Strain hardening

Microstructure

Dislocations

Kocks-Mecking model

Fatigue properties

Résumé

L'objectif de cette recherche est d'établir un lien entre les caractéristiques microstructurales de l'alliage Ni20Cr résultant du processus de fusion laser sur lit de poudre (LPBF) et les propriétés mécaniques modifiées de ces matériaux. Cette relation est également comparée à celle du Ni20Cr fabriqué de manière conventionnelle. La caractérisation mécanique effectuée dans cette étude comprend les propriétés de traction à température ambiante et à haute température, ainsi que le comportement cyclique et en fatigue. Les structures cellulaires dendritiques influencent les propriétés mécaniques à température ambiante, indépendamment des paramètres de traitement LPBF, ainsi qu'à haute température. La prédiction de la contrainte d'élasticité et la modélisation de Kocks-Mecking ont été utilisées pour analyser la contribution individuelle des caractéristiques microstructurales sur les propriétés mécaniques. Pour la charge de fatigue, le LPBF augmente la résistance à la fatigue mais diminue la durée de vie en raison des défauts formés au cours du processus LPBF. Les échantillons LPBF subissent un adoucissement lors des cycles de fatigue faibles et moyens malgré leur caractère planaire. Cet adoucissement des échantillons LPBF est également causé par des changements dans les cellules de dislocation associées aux structures cellulaires dendritiques.

The purpose of this research is to establish a link between the microstructural features of Ni20Cr alloy as a result of the laser powder bed fusion (LPBF) process and the modified mechanical properties of such materials. This relationship is also compared to that of conventionally manufactured Ni20Cr. Mechanical characterisation performed in this study includes room temperature and high temperature tensile properties, as well as cyclic and fatigue behaviour. Dendritic cellular structures are found to influence mechanical properties at room temperature, regardless of LPBF processing parameters, as well as at high temperature. Yield stress prediction and Kocks-Mecking modelling were employed to analyse the individual contribution of microstructural features on mechanical properties. For fatigue loading, LPBF increases fatigue strength but decreases fatigue life due to defects formed during the LPBF process. LPBF samples undergo softening in low and medium cycle fatigue despite having planar character. Such a softening of LPBF samples is also caused by changes in dislocation cells associated with dendritic cellular structures.