Influence de la microstructure obtenue par procédé de fabrication additive SLM
Microstructure et comportement tribologique des alliages base cobalt
Alliages base cobalt obtenus comme massifs par SLM
Microstructure des massifs
La microstructure des alliages base cobalt obtenue par procédé SLM est fine, composée de grains de taille relativement petite qui font quelques micromètres jusqu’à quelques dizaines de micromètres à l’intérieur desquels se forment des sous-grains appelés aussi cellules selon les auteurs. La forme des structures cellulaires peut être longitudinale ou équi-axe suivant leur direction de croissance. Cette microstructure est le résultat des refroidissements très rapides dans le procédé SLM. Tarasova et al [TAR] observent des sous-grains de taille très fine (quelques micromètres) dans la microstructure d’un alliage de cobalt (CoCrMo) élaboré par SLM après avoir appliqué les paramètres machine préconisés par le constructeur (P=0W, V=400mm/s, d=0µm, e=50µm). Comme montré en Figure I.a, on observe les sous joints de grains qui représentent les délimitations entre les sousgrains. Livrani et al [LIV] observent le même type de microstructure avec des cellules fines dont la taille varie entre 0.5 et 1 µm. Ils constatent par ailleurs qu’il peut y avoir deux types d’orientation des cellules, longitudinal dans la direction de fabrication donc parallèlement à la direction de croissance des cellules, et équiaxes dans la direction perpendiculaire tel que montré en Figure I.b. Figure I. : Microstructure d’un alliage CoCrMo élaboré par SLM : a)Travaux de [TAR], b)Travaux de [LIV] Pour l’orientation cristallographique des grains et celles des sous-grains, Qian et al [QIA] montrent par EBSD qu’un même grain est constitué de plusieurs cellules orientées parallèlement (Figure I..a). Depuis le contraste de couleur observé, ces cellules ont la même orientation cristallographique à l’intérieur d’un grain comme montré sur la Figure I..b (le changement de couleur n’est effectif qu’entre deux grains différents). Les cellules croissent donc suivant la même direction à l’intérieur du même grain. Figure I. : Microstructure des sous-grains des alliages de cobalt élaborés par SLM : a)Observations MEB des sous grains à l’intérieur des grains, b) EBSD sur les sous-grains [QIA] -28- De leur côté, Darvish et al [DAR] mettent en évidence, toujours par EBSD, que des cellules peuvent croître d’une passe laser à une autre ou d’une couche à une autre et traverser ainsi plusieurs joints entre passes ou entre couches appelés aussi joints de bain de fusion. Ce phénomène est appelé croissance épitaxiale (Figure I..a) et on observe au MEB qu’un même grain est constitué de plusieurs cellules orientées parallèlement (Figure I..b). Ce dernier constat est en adéquation avec ce qui est rapporté précédemment par Qian et al [QIA]. Pour la croissance épitaxiale, on peut aussi noter un changement de direction de croissance allant jusqu’à 90° à l’intérieur d’un même grain quand ces cellules traversent un joint entre passes comme montré sur la Figure I..b- en zone 3. Figure I. : Croissance des sous grains par rapport aux joints entre passes : a)EBSD, b)MEB [DAR] Dans la microstructure, en plus de la nature des cellules ainsi que leurs orientations cristallographiques, on s’intéresse également à la taille de ces cellules ou ces sous-grains en fonction des paramètres du procédé SLM. On cite que la taille moyenne des cellules varie selon les travaux : elle est de 1µm pour [QIA], 2.7µm pour [TAK], entre 0.5 et 1µm pour [LIV] et de 0.5µm pour [KAJ]. A une échelle plus fine Qian et al [QIA] s’intéressent aux joints intercellulaires et montrent qu’ils sont le siège d’enrichissement en molybdène et en chrome au détriment d’un appauvrissement en cobalt. En effet, on observe une variation de la teneur atomique de quelques % en éléments entre les cellules et les joints intercellulaires depuis l’analyse EDS (Figure I. ). Par ailleurs aucun carbure ou précipité n’est constaté. -29- Figure I. : Evolution de la teneur en Mo, Cr, Co dans les joints intercellulaires par mesure EDS/MET [QIA]
Dureté
La dureté est une propriété importante qui permet d’accéder à des ordres de grandeurs de différentes propriétés mécaniques comme la limite élastique, la résistance mécanique et indirectement la ductilité. Tarasova et al [TAR] montrent que la dureté d’un échantillon massif élaboré par SLM dont la nuance est proche de celle de la stellite , en appliquant les paramètres optimums du procédé, est supérieure à celle du même matériau élaboré par voie classique (coulée et procédé de mise en forme), à savoir 42±4HRC contre 34±2HRC. Par contre, Qian et al [QIA] obtiennent, en appliquant trois charges différentes, une dureté qui avoisine celle du matériau de même composition, à savoir la stellite , élaboré par coulée et pour lequel la dureté est autour de 5HV. Par ailleurs, sachant qu’ils utilisent deux jeux de paramètres différents (type 1 et type 2), les auteurs ne remarquent pas de variation significative de la dureté, bien que les paramètres du laser de type 1 soient plus énergétiques que ceux de type 2. Toujours sur une nuance similaire, Liverani et al [LIV] regardent la dureté en fonction des paramètres laser. Ils notent une dureté plus faible dans le cas où ils ont employé un jeu de paramètres moins énergétiques (cas b) impliquant plus de porosités en plus de la présence de fissures et d‘oxydes comme observés sur la Figure I.b comparativement à la Figure I.a.
INTRODUCTION GENERALE |
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