2023/01/26
Microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloy hastelloy X fabricated by laser powder bed fusion
Sanchez Mata, O. (2022). Microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloy hastelloy X fabricated by laser powder bed fusion. Thèse.
La fabrication additive (AM), en particulier la fusion laser sur lit de poudre (LPBF), a été utilisée pour traiter les superalliages à base de Ni comme alternative aux méthodes de fabrication traditionnelles. L’Hastelloy X (HX) est un alliage renforcé par une solution solide (SSS) qui, bien qu’étant classé comme facilement fabricable, souffre de fissuration. Ce document présente une étude des microstructures LPBF HX sans fissures, leur comportement après post-traitement et leur relation avec les propriétés mécaniques. De plus, l’application de caractéristiques microstructurales uniques résultant du traitement LPBF à l’échelle des pièces en vrac à des pièces plus complexes et des propriétés mécaniques sur mesure est documentée.HX sans fissure fabriqué par LPBF à partir de poudre ayant une composition chimique standard est rapporté. L’analyse par diffraction de rétrodiffusion d’électrons (EBSD) a mis en évidence des grains colonnaires parallèles à la direction de construction (BD). La microstructure colonnaire de solidification des sous-grains s’est avérée plus fine que celle rapportée ailleurs. Des carbures enrichis en Mo (~50 nm) ont été identifiés. L’état sans fissure a été maintenu après un traitement thermique à 1177 °C et sa microstructure a été analysée.Des spécimens ont été imprimés dans les orientations horizontale et verticale. Les échantillons ont été analysés telles que construites (AB), traitement de pressage isostatique à chaud (HIP) et traitement thermique conventionnel (HT). Les essais de traction ont été effectués à température ambiante et élevée (RT, ET = 750°C). Des carbures de Mo et de Cr ont été trouvés à RT qui se sont développés après ET. Les échantillons AB ont présenté une résistance à la traction (UTS) élevée jusqu’à 924 ± 10 MPa. Une ductilité inférieure ait été observée pour les échantillons AB à ET; l’allongement a été amélioré après HIP et HT. Une résistance et un allongement comparables à ceux de l’alliage corroyé à RT peuvent être obtenus en effectuant uniquement une HT, sans avoir besoin de HIP.Des entretoises cylindriques denses et sans fissures avec des diamètres de 0.25 à 2 mm ont été construites. Leur texture cristallographique est passée d’un texture fibre <110>||BD (2 mm), à un monocristal <110> || BD (0,25 mm). La taille de la microstructure cellulaire des sous-grains augmentait à mesure que le diamètre de la tige diminuait; la tendance c’est inverse par la microdureté. La dureté est plus faible dans les régions proches des bords des entretoises. D’après les essais de traction, l’allongement a été mesuré à 35-50 %. Une macle de déformation et une rotation du réseau après essai ont été observés. Les différences de résistance entre les entretoises de diamètre différent ont été discutées.Enfin, le comportement unique de forte texture cristallographique de LPBF HX a été étudié. Les propriétés de traction ont été étudiées le long des orientations cristallographiques <100>, <110> et <111>. Le comportement à la traction dépendait de l’orientation cristallographique et montrait une bonne combinaison de résistance et de ductilité. L’analyse EBSD après fracture a révélé une macle de déformation dans <110> et <111> échantillons, mais pas dans <100>. L’orientation cristallographique a eu un impact sur les énergies effectives des failles d’empilement et sur la contrainte critique pour la macle de déformation. Ce dernier était proche ou inférieur à la valeur de limite d’élasticité (YS) pour <110> et <111>, alors qu’il était au-dessus de l’UTS de l’orientation <100>. La valeur YS de <111> (807 ± 28 MPa) était plus élevée que pour <100> (693 ± 8 MPa) et <110> (648 ± 13 MPa). Les résultats suggèrent que le jumelage de déformation peut se produire dans les superalliages à base de SSS Ni à RT. Contrairement aux orientations <100> et <111>, une rotation du réseau après déformation a été trouvée pour la direction <110>.