Etude de la microstructure et du comportement mécanique en traction d’un acier élaboré par fabrication additive

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Contexte : Le procédé Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) permet la fabrication de pièces métalliques complexes par dépôt couche par couche. Considéré comme une alternative aux méthodes traditionnelles (forgeage, usinage), il présente des avantages, notamment pour la production de pièces de grandes dimensions. Cependant, les effets du WAAM sur la microstructure et ainsi sur les propriétés mécaniques des matériaux, en particulier dans des secteurs critiques tels que l’aéronautique, le nucléaire et la pétrochimie, nécessitent des études approfondies.

Le WAAM repose sur une technique de soudage à arc et est utilisé pour des matériaux comme l’acier inoxydable austénitique, largement employé pour ses propriétés anticorrosion et mécaniques. Toutefois, les microstructures obtenues sont fortement texturées et anisotropes. La texture cristalline et les phases formées dépendent des paramètres du procédé et de la géométrie de la pièce. L’homogénéisation de la microstructure nécessitent des traitements thermiques dépassant 1150°C pour l’acier inoxydable. Cette étude vise à étudier l’état microstructural et les propriétés mécaniques d’un matériau brut de fabrication et après les traitements thermiques d’homogénéisation.

Sujet du Stage : Ce stage a pour objectif d’analyser l'impact du procédé WAAM sur les microstructures des matériaux et les propriétés mécaniques. Le matériau d’étude sera l’acier inoxydable austénitique, utilisé dans des applications industrielles variées. L’effet des traitements thermiques à haute température (>1150°C) sur l’homogénéisation de la microstructure et les propriétés mécaniques sera également investigué. Des techniques avancées de caractérisation comme la DRX et l'EBSD seront utilisées.

Objectifs principaux :

• Analyse des micrstructures obtenues par WAAM.
• Étude du cmportement mécanique des matériaux par essais de traction et de dureté.
• Identificatin des phases formées et étude de la texture cristalline.
• Investigatin des effets des traitements thermiques (>1150°C) pour l’homogénéisation des microstructures et l’amélioration des propriétés mécaniques.
• Établir des crrélations entre les paramètres de fabrication et les performances mécaniques.

Méthodologie :

• Étude bibliographique : Revue des travaux sur le WAAM.
• Préparation des éprouvettes : Usinage des échantillons et choix des traitements thermiques à appliquer.
• Essais expérimentaux et caractérisation : Réalisation d’essais mécaniques (traction, dureté …) et analyse microstructurale (DRX, MEB, EBSD).
• Corrélation microstructure-propriétés : Étude de l’influence des paramètres du procédé (vitesse de balayage, énergie …) sur la microstructure et les propriétés mécaniques.
• Modélisation par éléments finis (EF) : Travail préliminaire sur le développement de modèles thermomécaniques pour simuler le procédé WAAM.

Ce travail sera effectué au sein de l’équipe Matériaux et Surfaces du laboratoire Roberval de l’Université de Technologie de Compiègne. Il est à noter que ce laboratoire est situé en Zone à Régime Restrictif (ZRR), ce qui implique que l’accès au site sera soumis à autorisation préalable.

Formation Bac+5 en sciences des matériaux, génie mécanique ou génie des procédés.

Connaissances avancées en métallurgie, procédés de fabrication additive, et comportement mécanique des matériaux.

Maîtrise des techniques de caractérisation des matériaux.

Rigueur scientifique, esprit critique et capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire.