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

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

Victor Chastand (1)

1 LML - Laboratoire de Mécanique de Lille - FRE 3723

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.

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

Mots clés: Fabrication additive; Essai de traction; Essai de fatigue; Mécanismes d’endommagement; Titane; Aluminium; Microtomographie

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Victor Chastand. Etude du comportement mécanique et des mécanismes d'endommagement de pièces métalliques réalisées par fabrication additive. Mécanique [physics.med-ph]. Ecole Centrale de Lille, 2016. Français. ⟨NNT : 2016ECLI0012⟩. ⟨tel-01484725⟩