HAL Id: hal-02417743
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Submitted on 18 Dec 2019
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Elaboration d’acier ODS par fusion laser selective sur lit de poudre (SLM)
E. Vasquez
To cite this version:
E. Vasquez. Elaboration d’acier ODS par fusion laser selective sur lit de poudre (SLM). Ecole thema-tique CNRS Solidification des alliages modeles et industriels, Jun 2017, Saint-Pierre D’Oleron, France. Ecole thematique CNRS Solidification des alliages modeles et industriels, 2017. �hal-02417743�
Les aciers ODS (Oxide Dispersion Strengthened) sont des aciers renforcés par dispersion de nanoparticules d’oxydes riches en Y et en Ti au sein de la matrice Fe-Cr. Ces nano-oxydes visent à améliorer les propriétés mécaniques de l’acier. Des études ont montré que ces matériaux ont une bonne tenue mécanique à des températures élevées (600/650°C), notamment en traction et en fluage.
Les aciers ODS sont conventionnellement mis en forme par extrusion et laminage. Cette voie est adaptée pour fabriquer des tubes et des barres mais ne permet pas de réaliser des pièces à géométrie complexe. Ceci a pour effet de limiter les applications potentielles des aciers ODS.
Conclusion et perspectives
Contexte et objectif
Résultats
Elaboration d’acier ODS par fusion laser sélective sur lit de poudre (SLM)
Direction de l’Energie Nucléaire
Direction aux Activités Nucléaires de Saclay
Département des Matériaux pour le Nucléaire
Service
Ecole thématique CNRS : Solidification des alliages modèles et industriels – Juin 2017
Elodie VASQUEZ
Début thèse : octobre 2016 Directeur de thèse : Ecole doctorale : INSA RennesPhilipe CASTANY
Encadrants CEA : Pierre-François GIROUX
Fernando LOMELLO
DIRECTION DE L
’ÉNERGIE NUCLÉAIRE
DIRECTION DES ACTIVITÉS NUCLÉAIRES DE SACLAY
DÉPARTEMENT DES MATÉRIAUX POUR LE NUCLÉAIRE
Le procédé SLM est applicable pour l’élaboration d’acier ODS présentant une répartition homogène d’oxydes riches en Y et en Ti.
Perspectives :
Optimiser le choix des paramètres opératoires afin de densifier les matériaux à plus de 99%
Observation et caractérisation de la précipitation (densité, distribution de taille, composition chimique) Caractérisation des propriétés mécaniques (traction, résilience)
Influence des paramètres du procédé
sur la densité des matériaux
Références
Steckmeyer, A.; Rodrigo, V. H.; Gentzbittel, J. M.; Rabeau, V.; Fournier, B. Tensile Anisotropy and Creep Properties of a Fe–14CrWTi ODS Ferritic Steel. Journal of Nuclear Materials 2012, 426 (1), 182–188
Couvrat, M.; Mathon, M. H.; Chaffron, L.; Bonnaillie, P.; Nunes, D.; Perrut, M. Microstructure Evolution of Mechanically Alloyed ODS Ferritic Steels during Hot Extrusion. Solid State Phenomena 2011, 721–726 Praud, M.; Mompiou, F.; Malaplate, J.; Caillard, D.; Garnier, J.; Steckmeyer, A.; Fournier, B. Study of the Deformation Mechanisms in a Fe–14% Cr ODS Alloy. Journal of Nuclear Materials 2012, 428 (1), 90–97
Le procédé SLM (Selective Laser Melting) est un procédé d’élaboration couche par couche par fusion de poudres métalliques à l’aide d’un laser.
Ce type de procédé permet une grande liberté quant à la géométrie de la pièce à fabriquer. Laser Optique et système de balayage Raclette Poudre Piston de réserve de
poudre Piston de fabrication
Faisceau laser Pièce en
fabrication
Les aciers ODS
Le procédé SLM
Objectif
Elaborer par procédé SLM des aciers ODS Fe-14Cr renforcés par des oxydes riches en Y et en Ti :
Denses
Présentant une dispersion nanométrique et homogène d’oxydes
Possédant des propriétés mécaniques similaires ou supérieures aux aciers ODS conventionnellement élaborés
Influence des paramètres procédés
sur la microstructure
Les paramètres opératoires étudiés sont : • La puissance du laser (Plaser)
• L’écartement entre 2 faisceaux lasers voisins (HD) • La vitesse de balayage (Vscan)
• L’épaisseur du lit de poudre (tlayer)
Ces paramètres sont reliés par la notion de densité d’énergie (Ed)
E
d=
𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑒𝑟𝑙𝑎𝑦𝑒𝑟 × 𝐻𝐷 × 𝑉𝑠𝑐𝑎𝑛
en J/mm3
Plus la densité d’énergie augmente Plus la densité du matériau augmente
Influence des caractéristiques de la poudre sur la densité des matériaux
Poudre d’acier ODS obtenue par broyage Particules de formes non sphériques
MEB-BSE ; Ed = 120 J/mm3 MEB-BSE ; Ed = 202 J/mm3 100 µm MEB-BSE ; Ed = 120 J/mm3 100 µm 1 µm Présence de nano-oxydes (< 200 nm) riches en Y et en Ti
Grains colonnaires dans la direction de construction des matériaux Plus la densité d’énergie augmente Plus la taille de grains augmente
300 µm
Poudre broyée d’acier ODS
MEB-SE
Matériaux plus denses à puissance laser élevée (> 150 W) et à vitesse de balayage du laser faible (< 300 mm/s)
Influence significative du tamisage à Ed > 300 J/mm3
sur la densité du matériau
Plus le diamètre médian (d50) de la poudre diminue
Plus la densité du matériau augmente
P la ser = 1 5 0 W V sc an = 6 7 5 mm /s Pla ser = 2 0 0 W Vsc an = 3 0 0 mm /s P la ser = 1 5 0 W V sc an = 3 0 0 mm /s P la ser = 2 0 0 W Vsc an = 6 7 5 mm /s
