Exploration du lasage au cours du procédé de fabrication additive pour modifier la microstructure et la réponse mécanique du Ti-6Al-AV

Cette thèse vise à (i) étudier l’impact des traitements thermiques laser (LHTs) sur l’évolution microstructurale pendant le dépôt d’énergie dirigée par laser (LDED) du Ti-6Al-4V, et (ii) corréler ces connaissances avec une analyse microstructurale pour comprendre l’impact des LHTs sur la réponse mécanique. Trois échantillons ont été fabriqués avec une stratégie bidirectionelle à passe unique avecun laser opérant à 300 W : (i) un échantillon de référence (NHT) sans LHTs, et deux soumis à des LHTs à (ii) 100 W (LHT100) et 300 W (LHT300), respectivement, après le dépôt de chaque couche sans ajout de poudre. La diffraction opreando des rayons X synchrotron (DRX) avec l’affinement Rietveld à permis d’évaluer l’impact des LHTs sur les phases hcp, bcc et liquide pendant et après la construction. Les résultats révèlent une forte évolution due aux transformations de phases β→α′ et α′/α→β durant l’impression et LHTs. Le liquide n’était plus identifiable après l’ajout de la 4ème couche au-dessus d’une couche d’intérêt (L0). L’ajout de plus de 10 couches sur L0 n’a pas affecté la teneur de hcp et bcc. Les fractions finales de hcp (∼97%) et bcc (∼3%) révèlent des teneurs similaires entre échantillons, indiquant que les LHTs n’ont pas généré de changements majeurs. Un modèle thermomécanique rapide à été utilisé pour comprendre les effets des déformations thermiques, élastiques et de transformation de phase sur l’évolution et déformation du réseau, et pour éstimer la température à partir des déformations thermiques prédites. Les comparaisons entre les températures estimées expérimentalement (supposant que toutes les déformations du réseau sont des déformations thermiques, comme généralement observé dans la littérature) et les celles calculées numériquement révèlent une différence maximale de ∼64% lorsque la transformation de phase et déformations élastiques sont négligées, renforcant le rôle crucial de la modélisation numérique pour une estimation précise de température. Comprendre l’évolution de la température pendant LDED du Ti-6Al-4V permettra de cibler des conditions LHTs, pour décomposer α′ et grossir la microstructure (e.g, αd etβ), affectant les propriétés mécaniques et améliorant le compromis résistance/ductilité du Ti-6Al-4V FA. L’impact des LHTs sur l’altération microstructurale et réponse mécanique a été étudié en évaluant les effets de chaque caractéristique microstructurale et déformations internes à la réponse mécanique (le long de la direction de construction (BD) et de la direction d’impression (PD)). Les résultats révèlent un module de Young similaire entre échantillons, indiquant au moins une réponse isotrope transverse dans le plan formé par BD et PD du à l’impression et LHTs. LHT100 démontre un meilleur compromis résistance/ductilité par rapport à NHT. LHT300, plus faible en résistance que NHT et LHT100, démontreune amélioration notable en ductilité et ténacité. La DRX synchrotron et la microscopie éléctronique démontre une contribution mineure de fraction de phase β, déformations internes du réseau, taille de grains, densité de dislocations géométriquement nécessaires, et de texture aux variations de réponse mécanique. Les différences de proportions de αd diffusif (mou) et α′ métastable (dur) entre échantillons contribuent le plus a cette dernière. L’apparition d’α massif à aussi été observée dans les échantillons, dont la teneur était plus élevée dans LHT100 (∼6.7%), inférieure d’un ordre de grandeur à celle de α′ et αd. Ce travail met en évidence le potentiel des LHTs dans l’ingénierie de la microstructurale du Ti-6Al-4V LDED pendant l’impression, améliorant compromis résistance/ductilité, ouductilité et ténacité, sans traitements thermiques ultérieurs à l’extérieur d’une machine de FA. Ainsi, les LHTs peuvent être plus étudié comme remplacants potentiels des traitements thermiques traditionnels, comme le recuit, pour ajuster localement la microstructure dans le volume du matériau.