La fabrication additive connaît actuellement un réel essor notamment grâce à sa capacité à fabriquer des pièces de géométrie complexe en utilisant la juste quantité de matière. Les alliages d’aluminium sont très largement employés en raison de leur bon compromis densité – résistance mécanique. La combinaison d’un alliage d’aluminium et du procédé L-PBF est donc un bon candidat pour une application aéronautique. Cependant l’influence du procédé sur les caractéristiques des matériaux n’est pas totalement maitrisée, et la fabrication d’alliages d’aluminium à hautes performances, pour applications structurales, n’en est toujours qu’à ses prémices. L’objectif principal de ces travaux de thèse est une meilleure compréhension du triptyque « procédé – microstructures – propriétés mécaniques » pour cette classe de matériaux. Deux alliages sont évalués : un alliage de fonderie, l’AC-43100 (AlSi10Mg), et un alliage à hautes performances, l’alliage AW-7075 (AlZn5.5MgCu). Ce dernier n’est pas soudable en raison de sa susceptibilité à la fissuration à chaud et est donc considéré comme non imprimable. Pour corriger ce problème, un ajout de zirconium est effectué.
Ce travail s’attache dans un premier temps à déterminer les conditions opératoires pour l’élaboration de pièces denses et à caractériser les défauts observés. Puis, l’influence des conditions de fabrication sur les caractéristiques microstructurales et mécaniques des deux alliages est étudiée à l’état brut de fabrication. Les caractéristiques sont évaluées selon différents plans d’observation et à différentes échelles (du bain de fusion aux précipités). Ensuite, une étude thermique est réalisée pour déterminer les conditions de traitement permettant d’augmenter les propriétés mécaniques. Le lien entre les évolutions microstructurales et les traitements thermiques effectués est réalisé. Sur cette base, les propriétés mécaniques (traction, résilience, ténacité) des alliages traités sont évaluées et comparées aux propriétés dans l’état brut. Les mécanismes de renforcement et l’évaluation du comportement face à la présence de fissures des deux matériaux sont ainsi mis en avant et comparés. |
Additive manufacturing is currently experiencing a very fast development thanks to its ability to manufacture parts with complex geometries. Aluminum alloys are widely used because of their good weldability and high strength-to-weight ratio. The combination of aluminum alloys and the laser powder bed fusion (L-PBF) process is therefore a good candidate for aerospace applications. However, the influence of process parameters on materials’ characteristics is not yet fully understood. Moreover, manufacturing of high performance aluminum alloys for structural applications is still in its infancy. The main objective is to improve the understanding of the relation: "process - microstructures - mechanical properties". Two alloys are used in this study: a foundry alloy AC-43100 (AlSi10Mg), and a high-performance alloy AW-7075 (AlZn5.5MgCu). The latter is not weldable due to its susceptibility to hot cracking and therefore not directly printable. An addition of zirconium is made to make it manufactured by L-PBF.
Firstly, this work aims to determine the manufacturing parameters to produce dense parts. Then, the influence of the L-PBF parameters on the as-built characteristics of the two alloys is studied. Microstructural and mechanical properties are evaluated according to different cross-section orientations and at different scales (from melt pool to precipitates). Then, a thermal study is performed to determine the heat treatment conditions allowing an increase of mechanical properties. The link between the microstructure evolutions and heat treatments performed is realized. Finally, the mechanical properties (tensile, impact toughness, toughness) of the heat-treated alloys are evaluated and compared to the properties in the as built state. The comparison was based on microstructural modifications. Strengthening mechanisms and the evaluation of the behavior in the presence of cracks of the two alloys are thus highlighted and compared. |