Essais mécaniques et observations microscopiques

Tel qu’exposé dans la revue de littérature, aucun type d’essai n’est présentement normé pour la FASU. Lorsque possible, des essais mécaniques standardisés ont été utilisés. Toutefois, certains essais, basés sur des normes existantes mais utilisant des dimensions hors-normes ont été utilisés.

3.2.2.1. Échantillons d’essai de traction dans les directions longitudinales et transversales longues

Des éprouvettes d’une longueur totale de 100 mm, conformes à la norme ASTM E8/E8M [71], ont été utilisées pour caractériser les pièces produites dans les directions longitudinales et transversales longues. Les essais ont été réalisés sur une machine Tinius Olsen Super L (398). Les allongements obtenus sont ceux après la rupture et ont été mesurés manuellement en recombinant les deux moitiés du spécimen, toujours selon la même norme. La Figure 26a décrit le prélèvement d’un spécimen d’essai de traction longitudinale provenant d’une construction de type « bande simple » comparativement au prélèvement d’éprouvettes longitudinales et transversales longues depuis un « bloc » (Figure 26b). Les éprouvettes sont usinées directement dans les feuillards déposés en s’assurant qu’aucune matière résiduelle provenant de la plaque de base n’y soit présente. Les résultats provenant de ces essais sont la limite élastique conventionnelle (Re0,2), la

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résistance à la traction (Rm) et l’allongement à la rupture (Al.). Tous les échantillons de traction fabriqués avec les alliages Al-Mg possèdent une épaisseur nominale de 6,35 mm.

a) b)

Figure 26 : Méthode de prélèvement des éprouvettes de traction a) longitudinales depuis une bande simple et b) longitudinales et transversales longues depuis un bloc

3.2.2.2. Échantillons d’essai de traction dans la direction transversale courte

La caractérisation en tension des échantillons dans l’axe correspondant à la direction de déposition des feuillards, est problématique. En effet, la hauteur maximale réalisable et le temps de fabrication nécessaire sont des aspects limitatifs. Dans l’optique de limiter la hauteur du dépôt nécessaire, des éprouvettes d’essai de traction dites miniatures ont été prélevées, basées sur les travaux de Sridharan et al. [18]. Les dimensions utilisées sont les mêmes que celles présentées dans la section 1.2.4 (Figure 16). Elles possèdent une section réduite parallèle d’une longueur de 5 mm par 1,2 mm de large.

Les échantillons ont été prélevés depuis le centre de bandes simples soudées en totalité avec les paramètres ciblés. Tout d’abord usinées pour atteindre les dimensions du profil extérieur, les échantillons ont par la suite été tranchées par électroérosion (« EDM ») à une épaisseur nominale de 0,95 mm. Les essais de traction ont été réalisés sur un appareil Instron 5565 sous une vitesse constante de déplacement de 2 mm/min. Comme il est impossible d’utiliser un extensomètre par la dimension des échantillons, seule la force est enregistrée. La Figure 27 affiche le prélèvement des échantillons où une partie de la plaque de base fait volontairement partie du spécimen jusqu’à concurrence de 50 %.

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Figure 27 : Vue de face pour le prélèvement d’éprouvettes d’essai de traction miniature

3.2.2.3. Échantillons d’essai de flexion trois-points

Puisque les éprouvettes miniatures d’essai de traction ne mettent en tension qu’une très faible surface (< 1,2 mm²), des essais de flexion trois-points ont également été réalisés lorsque possible. Les dimensions utilisées sont basées sur la norme ASTM B528 [72], destinée à la métallurgie des poudres, et présentées à la Figure 28a. La méthode de prélèvement des échantillons est montrée en b). Dans l’optique de diminuer la quantité de matériel à déposer, la plaque de base fait aussi partie intégrante des échantillons finaux (Zone I Figure 28c), tout comme les essais de traction miniature. De plus, puisque certaines combinaisons de paramètres produisant des joints moins solides empêchent l’obtention de l’épaisseur de dépôt désirée, deux zones soudées sont produites et définies comme suit. La

zone II est la principale zone qui sera contrainte lors des essais de flexion. Elle est

composée de 60 couches avec des paramètres constants à caractériser et totalise un dépôt approximatif de 8,5 mm. Par la suite, des paramètres de soudage adéquats permettant de compléter la hauteur nécessaire ont été utilisés pour produire la zone III.

Lors des essais, la force est appliquée au centre de la zone à paramètres constants, soit la

zone II, selon la disposition visible à la Figure 28d. Une vitesse constante de 2 mm/min a

été utilisée, mettant la face opposée à la surface d’application de la force sous tension. La contrainte maximale admissible TRS, provenant de l’anglais « Tensile Rupture Strength » est ensuite calculée selon la formule suivante [72] :

𝑇𝑅𝑆 (𝑀𝑃𝑎) =_2𝑇3𝑃𝐿_2𝑊 (Éq.2)

Où P est la force maximale atteinte (N), L la distance entre les appuis (fixée à 25,4 mm),

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a) b)

c) d)

Figure 28 : Éprouvettes d’essais de flexions trois-points utilisées dans cette étude a) Dessin technique (mm) b) Méthode de prélèvement des éprouvettes depuis une bande simple c) Zones de construction et d) Disposition

lors de l’essai mécanique

3.2.2.4. Rugosité

La rugosité arithmétique moyenne (Ra) a été évaluée à l’aide d’un profilomètre Mitutoyo SJ-201. Les résultats présentés sont la moyenne de trois mesures.

3.2.2.5. Essais de dureté Vickers

Les essais de dureté Vickers ont été réalisés avec un appareil Clark FV-100 avec une charge de 10 kg et les essais de micro indentations Vickers avec un appareil Mitutoyo MVK-H0 avec une charge de 10 g, conformément à la norme ASTM E384-16 [73]. Les profils de micro indentations ont été réalisés selon le patron présenté à la Figure 29 et mesurées manuellement à l’aide du logiciel Clemex CMT sous un objectif à 400 X. Cette méthode a été préconisée afin de produire un profil sur une faible distance avec de petits incréments, mais en respectant les distances minimales entre chacune des mesures de dureté.

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Figure 29 : Méthode utilisée pour produire les profils de micro duretés Vickers

3.2.2.6. Microscopie

Les analyses métallographiques sous microscopie optique et analyse d’images ont été effectuées sur un microscope Nikon Eclipse LV150 et un binoculaire Zeiss Stemi 2000-C. Les images ont été analysées au moyen du logiciel Clemex Vision PE version 8.0.153. Les observations sous microscopie électronique à balayage (MEB) ont été réalisées à l’aide d’un appareil Hitachi SU3500 équipé d’un filament de tungstène un d’un détecteur Oxford Instruments X-MaxN 50 pour la spectrométrie X par dispersion en énergie (EDS). Les cartographies EBSD ont été obtenues à l’aide d’un MEB Hitachi SU-8000 équipé d’un canon à émission de champ à froid.