1,721,033 research outputs found
Mechanical characterization of titanium alloy Ti6Al4V and 316L stainless steel manufactured by SLM
Get PDFLAUREA MAGISTRALEIl termine “Additive Manufacturing” (AM) si riferisce alle tecnologie che creano oggetti tridimensionali uno strato molto sottile alla volta. Ogni strato si lega al precedente, composto di materiale fuso o parzialmente fuso.
Con le tecniche di AM è possibile ottenere parti “near net shape”, con una precisione piuttosto alta.
La scelta della tecnica di AM giusta e la corretta ottimizzazione del design possono comportare dei risparmi significativi tramite la riduzione della “buy-to-fly ratio”, del peso e degli scarti.
Le applicazioni della AM sono illimitate: dai modelli di visualizzazione pre-produzione alla fabbricazione di prodotti finiti in ambiti differenti.
Ad ogni modo, gli sforzi in atto per sviluppare i metodi AM non possono evitare la questione dell’anisotropia: in effetti, questo tipo di manifattura unidirezionale andrà probabilmente ad aggravarla.
Inoltre, la presenza di difetti di diverso tipo nei prodotti AM può influenzare significativamente la resistenza a fatica, creando micro-fratture che possono propagarsi e causare un guasto del pezzo.
Per questo progetto, due analisi sono state condotte: una sull’anisotropia del Ti6Al4V (grado 5), con delle prove di tensione e taglio su dei campioni prodotti tramite la tecnica SLM lungo diverse direzioni di costruzione, ed una sul comportamento a fatica del SS316L, attraverso delle prove cicliche di trazione, torsione e flessione su dei campioni prodotti tramite la tecnica SLM, sottoposti a differenti trattamenti di superfice.
La prima analisi, sui pezzi in Ti6Al4V, ha mostrato come previsto un comportamento anisotropico, con i migliori risultati in termini di resistenza e duttilità ottenuti per dei provini con direzione di costruzione parallela alla direzione degli sforzi principali.
La seconda analisi, sui pezzi in SS316L, ha mostrato un miglioramento della resistenza a fatica per i provini levigati, e un ulteriore miglioramento per i provini lavorati a macchina e levigati, rispetto ai provini senza trattamenti di superficie. Ad ogni modo, il limite di fatica ottenuto per ogni pezzo SLM è risultato più basso del limite di riferimento per provini prodotti con tecniche tradizionali.The term “Additive Manufacturing” (AM) references technologies that grow three dimensional objects one superfine layer at a time. Each successive layer bonds to the preceding one of melted or partially melted material.
With AM techniques, it is possible to obtain near net shape parts with quite fine resolution.
Selection of the right AM technology along with proper design optimization can lead to very significant savings through reduction of buy-to-fly ratios, overall weight and scrap.
AM applications are limitless: from pre-production visualization models to the fabrication of end-use products in different fields.
However, the efforts currently underway to develop AM methods will not avoid the question of anisotropy: indeed, this kind of unidirectional manufacture will in all probability exacerbate it.
Moreover, the presence of defects of different natures in the AM products can significantly influence the fatigue resistance, providing micro-cracks that can propagate and cause the failure of the part.
For this project, two analysis have been performed: one on the mechanical anisotropy of Ti6Al4V (grade 5), conducting tensile and shear tests on samples manufactured by SLM technique, along different build directions, and one on the fatigue behavior of SS316L, conducting cyclic tests in traction, torsion and bending on samples manufactured by SLM technique, subject to different surface treatments.
The first analysis, on the Ti6Al4V pieces, has shown as expected an anisotropic behavior, with the best results in terms of ductility and strength obtained for specimens with build direction parallel to the direction of the principal stresses.
The second analysis, on the SS316L pieces, has shown an improvement in fatigue resistance for polished specimens, and a further improvement for machined and polished specimens in comparison to the ones without surface treatment. However, the fatigue limit obtained for every SLM piece has proven to be lower than the reference limit for wrought samples
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
New generic methodology to obtain robust In-Service Probability Of Detection (POD) coupling experimental and numerical simulation of Non-Destructive Test (NDT)
No full textL’évaluation des performances des procédures de Contrôle Non Destructifs (CND) en aéronautique est une étape clé dans l’établissement du dossier de certification de l’avion. Une telle démonstration de performances est faite à travers l’établissement de probabilités de détection (Probability Of Detection – POD), qui intègrent l’ensemble des facteurs influents et sources d’incertitudes inhérents à la mise en œuvre de la procédure. Ces études, basées sur des estimations statistiques faites sur un ensemble représentatif d’échantillons, reposent sur la réalisation d’un grand nombre d’essais expérimentaux (un minimum de 60 échantillons contenant des défauts de différentes tailles, qui doivent être inspectés par au moins 3 opérateurs [1]), afin de recueillir un échantillon suffisant pour une estimation statistique pertinente. Le coût financier associé est élevé, parfois prohibitif, et correspond majoritairement à la mise en œuvre des maquettes servant aux essais. Des travaux récents [2-5] ont fait émerger une approche de détermination de courbes POD utilisant la simulation des CND, notamment avec le logiciel CIVA. L’approche, dite de propagation d’incertitudes, consiste à : - Définir une configuration nominale d’inspection, - Identifier l’ensemble des paramètres influents susceptibles de varier dans l’application de la procédure, - Caractériser les incertitudes liées à ces paramètres par des lois de probabilités, - Réaliser un grand nombre de simulations par tirage aléatoire des valeurs prises par les paramètres variables selon les lois de probabilités définies. Le résultat de cet ensemble de simulations constitue enfin la base de données utilisée pour l’estimation des POD. Cette approche réduit de façon très importante les coûts d’obtention des POD mais est encore aujourd’hui sujette à discussions sur sa robustesse vis-à-vis des données d’entrée (les lois de probabilité des paramètres incertains) et sur la prise en compte des facteurs humains. L’objectif de cette thèse est de valider cette approche sur des cas d’application AIRBUS et d’en améliorer la robustesse afin de la rendre couramment utilisable au niveau industriel, notamment en la faisant accepter par les autorités de vol (FAA et EASA). Pour ce faire le thésard devra mener des campagnes de validations des codes de simulation des CND, mettre en œuvre la méthodologie décrite plus haut sur les cas d’application AIRBUS, puis proposer et mettre en œuvre des stratégies d’amélioration de la robustesse de la méthode vis-à-vis des données d’entrée et des facteurs liés à l’humain.The performance assessment of non-destructive testing (NDT) procedures in aeronautics is a key step in the preparation of the aircraft's certification document. Such a demonstration of performance is done through the establishment of Probability of Detection (POD) laws integrating all sources of uncertainty inherent in the implementation of the procedure. These uncertainties are due to human and environmental factors in In-Service maintenance tasks. To establish experimentally these POD curves, it is necessary to have data from a wide range of operator skills, defect types and locations, material types, test protocols, etc. Obtaining these data evidences high costs and significant delays for the aircraft manufacturer. The scope of this thesis is to define a robust methodology of building POD from numerical modeling. The POD robustness is ensured by the integration of the uncertainties through statistical distributions issued from experimental data or engineering judgments. Applications are provided on titanium beta using high frequency eddy currents NDT technique. First, an experimental database will be created from three environments: laboratory, A321 aircraft and A400M aicraft. A representative sample of operators, with different certification levels in NDT technique, will be employed. Multiple inspection scenarios will be carried out to analyze these human and environmental factors. In addition, this study will take into account the impact of using different equipments in the HFEC test. This database is used, subsequently, to build statistical distributions. These distributions are the input data of the simulation models of the inspection. These simulations are implemented with the CIVA software. A POD module, based on the Monte Carlo method, is integrated into this software. This module will be applied to address human and ergonomic influences on POD. Additionally this module will help us to understand in a better way the equipment impact in POD curves. Finally, the POD model will be compared and validated with the experimental results developed
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Aeronautical metallic components repair using direct energy deposition (DED) process
No full textL'alliage Inconel 718 (IN718) est un superalliage à base de nickel, durcissable par précipitation, largement utilisé dans les composants de moteurs aéronautiques - aubes et pales de turbine, aubages - qui sont soumis à des fortes sollicitations thermomécaniques en service. En effet, pour des raisons économiques, la réparation d’une structure est une solution moins coûteuse que la remplacer. Par conséquent, la haute valeur ajoutée de ces pièces rend très intéressante la réparation pour prolonger leur durée de vie. L'approche conventionnelle du processus de réparation comprend plusieurs étapes dont l’identification de la zone endommagée, la préparation de surface et le rechargement par ajout de matière. La préparation de surface comprend une étape d'enlèvement de matière de la zone endommagée en utilisant généralement des techniques conventionnelles tel que le fraisage. L’enlèvement de matière de l'IN718 par usinage conventionnel est bien connu pour présenter de grandes difficultés d’usinage en raison de la conservation de leurs propriétés qui restent élevées à haute température ; ce qui fait l’IN718 un matériau à faible usinabilité. Pour surmonter ce problème, le procédé de jet d'eau abrasif (AWJ) offre une alternative potentielle pour pallier la faible usinabilité de l'IN718. Traditionnellement l'ajout de matière se réalise par soudage traditionnel (procédé de soudage à l'arc). Cependant, ce type de procédé présente des inconvénients tels qu’un apport d’énergie important qui se traduit par une zone affectée thermiquement (ZAT) étendue, ce qui entraine des distorsions de la pièce réparée. De plus, l’apport de matière est difficilement contrôlable pour des défauts relativement petits. L’essor de la fabrication additive ces dernières années et notamment la technologie par projection de poudre a permis de s’affranchir de ces limites et d’automatiser le rechargement.Ce travail de thèse porte sur la réparation des composants aéronautiques en IN718 en couplant le procédé d’usinage par jet d’eau abrasif haute pression avec le procédé de fabrication additive par projection de poudre afin d’étudier l’influence de la préparation de surface sur la qualité de la réparation. Ce travail comporte deux volets principaux. Le premier volet porte sur l’effet paramètres du procédé d’usinage par jet d’eau abrasive (AWJ) haute pression (pression du jet, vitesse d’avance et le pas de balayage) sur la topographie de surface, la profondeur d'érosion, la contamination (l'incrustation des grains d’abrasifs), la microstructure et les propriétés mécaniques induites (contraintes résiduelles en surface, dureté). Le deuxième volet concerne l'ajout de matière par projection de poudre. Cette partie traite de l’influence de l’intégrité de surface du substrat sur la qualité de réparation. Dans ce cadre, une étude paramétrique des paramètres process (puissance laser, vitesse) de dépôt est menée. La qualité de réparation est caractérisée par une analyse microscopique et des tests de dureté multi-échelle.Inconel alloy 718 (IN718) is a precipitation hardened nickel-based superalloy widely used in aero-engine components –turbine blades, vanes and blisks– that are subjected to severe thermo-mechanical loads in service. Hence, for economic reasons, repair of these high value-added parts is an important alternative to extend their lifetime instead of replacement. The conventional approach to the repair process involves several steps including identification of the damaged area, surface preparation and refurbishment by material addition. Surface preparation includes the material removal of the damaged zone by using conventional milling. Material removal of IN718 by conventional machining is well-known to be a challenging task due to the retention of its properties at elevated temperatures; making IN718 a material with low machinability. To overcome this problem, the abrasive water jet (AWJ) process offers a potential alternative to mitigate the poor machinability of IN718. Typically, the material addition is performed by traditional welding (arc welding process). However, this type of process presents several drawbacks such as high energy input which results in a huge heat-affected zone (HAZ) leading to distortion of the restored part. Moreover, the feedstock material is difficult to control for relatively small defects. In recent years, the development of additive manufacturing, namely gas atomized powder technology, made possible to overcome these limitations and automate the repair process.The present thesis work focuses on the repair of IN718 aeronautical components by coupling the high-pressure abrasive water jet machining process with additive manufacturing by gas atomized powder, to study the influence of the surface preparation on the repair quality. This work includes two main sections. The first section deals with the effect of AWJ process parameters (jet pressure, traverse speed and step-over distance) on surface topography, erosion depth, grit embedment, microstructure and induced mechanical properties (surface residual stresses, hardness). The second section concerns the material addition by laser metal deposition manufacturing. This section addresses the influence of the surface integrity of the substrate on the repair quality. In this context, a parametric study of the deposition process parameters (laser power, scan speed) is conducted. The quality of repair is characterized by microscopic analysis and multi-scale hardness tests.The major results obtained for the first section showed that the machined surfaces exhibit high roughness with embedded abrasive particles, different erosion depths and high compressive residual stresses depending on the AWJ process parameters. To remove the abrasive particles embedded in the workpiece surface, the Plain Water Jet (PWJ) post-treatment method, using abrasive-less water jet, has been proposed. It was demonstrated with this cleaning method, no significant changes in the initial surface topography or residual stresses levels while ensuring effective cleaning of the machined surfaces. For the repair section, the results show proper metallurgical bonding between the deposited material and the substrate, scarce porosity and slight distortion of the substrate which indicates a minor HAZ. The observed microstructure was columnar dendrites oriented in the deposition direction. Hardness results show higher values on the deposited material with a decrease across the interface towards the substrate where the bulk hardness value of the material is reached. Finally, in this study, it was shown that surface preparation has a weak effect on the quality of the restored area
Effet combiné des propriétés de poudres et des paramètres du procédé sur les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 316L produit par fusion laser sur lit de poudre
No full textBien que la fusion laser sur lit de poudre (LPBF) soit le procédé de fabrication additive le plus abouti aujourd’hui, peu de pièces industrielles sont fabriquées avec ce procédé. Le coût de fabrication et la taille des pièces limitent le champ d’action de cette technologie aux secteurs de l’énergie, de l’aérospatiale, et du biomédical. Ces industries imposent des exigences strictes (densité, tenue mécanique, état de surface,…) auxquelles doivent répondre les pièces. L’enjeu majeur du procédé LPBF est la maîtrise des propriétés dimensionnelles, mécaniques et métallurgiques des pièces. Ceci impose, d’une part, la compréhension du procédé et la maitrise des paramètres qui le gouvernent, et d’autre part, la quantification de l’impact des avaries de fabrication (état de surface, défauts, microstructures instables,…) sur les propriétés mécaniques et particulièrement la tenue en fatigue des pièces.L'objectif de cette thèse est de fournir une meilleure compréhension des mécanismes à l’origine de l'effet combiné des propriétés de la poudre et des paramètres du procédé sur les propriétés de l'acier inoxydable 316L élaboré par LPBF et d'étudier l’influence de ces propriétés résultantes sur le comportement mécanique et la tenue en fatigue. Différentes poudres et divers paramètres procédé sont considérés. Des poudres fines, standards et grosses sont utilisées pour tester la gamme complète des poudres commerciales disponibles pour le procédé LPBF. Une large gamme de paramètres procédé est utilisée pour couvrir les trois régimes de fusion identifiés dans la littérature : « manque de fusion », « Keyhole » et « conduction ». Une analyse complète de la densité des échantillons, de leur rugosité de surface et des contraintes résiduelles générées a été réalisée pour ces trois régimes. Les tailles des microstructures cellulaires/dendritiques sont estimées et sont corrélées avec les taux de refroidissement. Ces taux de refroidissement sont estimés en utilisant les champs de température prédits analytiquement et l'espacement des bras dendritiques déterminé expérimentalement. L'influence de la densité d'énergie et des propriétés des poudres sur les taux de refroidissement et l'espacement des bras dendritiques est étudiée. Une corrélation entre les modes de fusion, la densité d'énergie et les propriétés de la poudre est établie. Par conséquent, les poudres adéquates pour le procédé LPBF sont identifiées. L'étude des propriétés mécaniques est ensuite réalisée en utilisant ces poudres. De possibles relations entre les microstructures obtenues, les propriétés mécaniques statiques, les caractéristiques de la poudre et les paramètres du procédé sont recherchées. Enfin, les limites de fatigue des pièces presque denses produites dans les régions de conduction et de Keyhole sont étudiées à l'aide de deux approches. Tout d'abord, les limites de fatigue sont déterminées en utilisant la méthode d'auto-échauffement. Ensuite, des essais de fatigue à grand nombre de cycles sont réalisés. Enfin, les analyses fractographiques ont permis de déterminer les défauts critiques et les corréler avec les modes de fusion initiaux, les paramètres du procédé et les propriétés des poudres.Although the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is a fast-growing additive manufacturing technology with astonishing capabilities, only a few numbers of industrial parts are commercialized. Due to the limited size of the produced parts and the high manufacturing cost, the LPBF parts are dedicated to energy, aerospace, and biomedical sectors and should meet strict requirements (density, surface roughness, mechanical strength …). The major challenge of the LPBF process is to provide repeatable and guaranteed dimensional, mechanical and metallurgical properties. This can be achieved by, on one hand, understanding the building process and the involved parameters, and on the other hand, quantifying the impact of the possible manufacturing flows (surface integrity, defects, unstable microstructures …) on the mechanical properties and particularly the fatigue life.This thesis objective is to provide a better understanding of mechanisms driving the combined effect of powder properties and process parameters on the resulting LPBF stainless steel 316L properties and consequently investigate their influence on mechanical behavior and fatigue life. Variations of powders and process parameters are considered. Fine, standard, and coarse powders are used to test the full range of the commercial powders available for the LPBF process. A wide range of process parameters is used to cover the different melting regions reported in the literature: lack of fusion, keyhole, and conduction regions. Complete analyses of the density, surface roughness, and residual stresses were performed within the three melting regions. The sizes of the cellular/dendritic microstructures are estimated and correlated with the cooling rates. The cooling rates are estimated using analytically predicted temperature fields and experimentally determined dendritic arm spacing. The influence of the energy density and the powder properties on the cooling rates and dendritic arm spacing is investigated. A correlation between the melting modes, the energy density, and the powder properties is established. The powders adequate for the LPBF process are thus identified. The tensile properties and microstructure investigation is carried out using standard and coarse powders. The possible relationships between the resulting microstructures, static mechanical properties, powder characteristics, and process parameters are established. Finally, the fatigue limits of the nearly dense parts produced in the conduction and keyhole regions are investigated using two approaches. First, the fatigue limits are determined using the self-heating method. Then, the high cycle fatigue tests are performed. Finally, the fractographic analyses are conducted to determine the critical defects features (size, location) and correlate them with the initial melting modes, process parameters, and powder propertie
Caractérisation mécanique multi-échelles des matériaux métalliques par nanoindentation
No full textAvec le développement des matériaux fonctionnels (multi-matériaux, multicouches,…), la caractérisation du comportement mécanique par des moyens macroscopiques conventionnels est devenue de plus en plus difficile. Ces méthodes conventionnelles sont donc substituées progressivement par des moyens de caractérisation multi-échelles. Parmi ces moyens, la nanoindentation, qui peut résoudre certains défis de la micro-caractérisation tels que la présence de phases indissociables, les systèmes multicouches, les revêtements ultra-minces, etc. Cet outil est devenu une technique de haute précision capable de solliciter des volumes de matière très faibles et fournir des informations riches pour la caractérisation des matériaux. Cependant, cet outil est utilisé majoritairement pour identifier les propriétés élastiques et qualitativement certains paramètres tels que la dureté, la ductilité et les contraintes internes.Ce travail de thèse s’intéresse à la caractérisation du comportement élastoplastique par nanoindentation à deux échelles : l’échelle macroscopique et l’échelle du cristal.Le premier défi de ce travail est expérimental. Il s’agit de générer des surfaces avec des propriétés représentatives de la microstructure étudiée. Ce défi est d’autant plus relevé que le matériau utilisé comme modèle est l’acier 316L très ductile et dont la surface est sensible au moindre changement. Un protocole expérimentale a été mis en place, à l’issu de ce travail, et les erreurs et dispersions de la réponse en nanoindentation introduites par les différentes étapes de génération de surface ont été quantifiés.Une base de données étendue a été mise en place, par la suite. Différentes géométries d’indent ont été appliquées à plusieurs profondeurs. Cette base de données va alimenter des stratégies d’identification inverse basée sur un couplage entre des algorithmes d’optimisation et une modélisation éléments finis de l’essai. Deux types d’algorithme ont été appliqués : Levenberg-Marquardt et l’algorithme génétique. Ce dernier est très consommateur en temps de calcul. Différents modèles EF axisymétrique et 3D ont été utilisés. Ces modèles ont été soigneusement optimisés par rapport au temps de calcul.Plusieurs stratégies d’identification ont été employées en se basant sur différentes données expérimentales issues de l’essai de nanoindentation telles que la courbe de charge-décharge, la forme de l’empreinte résiduelle et l’association de plusieurs géométries d’indent. Plusieurs modèles d’écrouissage isotrope ont été identifiés. À l’échelle macroscopique, les modèles d’écrouissage isotrope classiques ont été déterminés. À l’échelle du grain, la loi cristalline de Méric et Cailletaud a été identifiée. Les résultats obtenus ont été confrontés, à l’échelle macroscopique, à des identifications réalisées sur le même matériau à partir des essais de traction et de compression et ont montré que l’association de multiples géométries d’indentation permet de reproduire le comportement volumique du 316L avec une précision acceptable. Pour le comportement du cristal, des essais de compression de micropilliers ont été utilisé pour se procurer des données de référence à cette échelle. La comparaison montre beaucoup de dispersion dans les deux cas. En effet, certains phénomènes liés à la densité de dislocation très variables d’un grain à l’autre sont responsables de cette dispersion. Cette densité de dislocation n’est pas prise en compte, en tant que variable, dans le modèle cristallin utilisé. L’utilisation d’un modèle plus physique intégrant la densité de dislocation et son évolution permet d’améliorer ces résultats. Enfin, une nouvelle méthode d’identification a été proposée. Cette méthode est basée sur l’estimation et l’introduction de la géométrie réelle de l’indent dans le modèle EF utilisé pour l’identification. La méthode a été validée dans le cas de la pointe Berkovich et elle montre des résultats très prometteurs.With the development of functional materials (multi-materials, multilayers, ...), the mechanical behavior characterization by conventional macroscopic methods has become progressively difficult. These conventional methods are therefore gradually substituted by multiscale characterization processes. Among these methods, the nanoindentation, this can solve certain challenges of micro-characterization such as the presence of indissociable phases, multilayer systems, ultra-thin coatings, etc. This tool has become a high-precision technique capable of testing very small volumes of matter and providing rich information for material characterization. However, this tool is used mainly to identify the elastic properties and, qualitatively, some parameters such as hardness, ductility and internal stresses.This thesis work focuses on the characterization of elastoplastic behavior by nanoindentation at two scales: the macroscopic scale and the crystal scale.The first challenge of this work is experimental. It involves generating surfaces with properties representative of the studied microstructure. This challenge is important because the material used as a model is 316L steel which is very ductile and whose surface is sensitive to small perturbations. An experimental protocol was implemented at the end of this work, and the errors and dispersions of the nanoindentation response introduced by the different surface generation steps were quantified. Then, a wide database was implemented with different indenter geometries and several depths. This database will feed inverse identification strategies based on a coupling between optimization algorithms and finite element modeling of this test. Two types of algorithm have been applied: Levenberg-Marquardt and genetic algorithms. The latter is very consumer in computing time. Different axisymmetric and 3D FE models have been used. These models have been carefully optimized with respect to computation time.Several identification strategies were employed based on various experimental databases from the nanoindentation test such as the loading-unloading curve, the residual imprint shape and the association of several indent geometries. Some models of isotropic hardening have been identified. On the macroscopic scale, classical isotropic hardening models have been determined. At the grain scale, the crystal plasticity constitutive model of Méric and Cailletaud has been identified. The results obtained were compared on the macroscopic scale with identifications carried out on the same material from the tensile and compression tests. The comparison showed that the combination of multiple indentation geometries makes it possible to reproduce the volume behavior of the 316L with acceptable accuracy. For crystal behavior, micropillar compression tests were used to obtain reference data at this scale. The comparison shows a lot of dispersion in both cases. Indeed, some phenomena related to the density of dislocation very variable from one grain to another are responsible of this dispersion. This dislocation density is not taken into account, as a variable, in the used crystal constitutive model. The use of a more physical law integrating the dislocation density and its evolution makes it possible to improve these results. Finally, a new identification method has been proposed. This method is based on estimating and introducing the real indent geometry in the FE model used for identification. The method has been validated in the case of Berkovich tip and shows very promising results
Microstructural compatibility and mecanical properties of Inconel 625 processed by the hybridization of LPBF and DED
No full textLa fabrication additive métallique répond aux enjeux économiques, écologiques et techniques modernes via la réduction des matières premières, la liberté de conception, ou encore les possibilités de réparation. Plusieurs procédés de fabrication additive métallique ont vu le jour cette dernière décennie. Ces procédés sont souvent très différents mais complémentaires. La fusion laser sur lit de poudre (Laser Powder Bed Fusion, ou LPBF), par exemple, permet d’accéder à des géométries complexes et résolues avec un taux de production faible, comparée à la projection de poudre avec fusion laser (Directed Energy Deposition, ou DED) qui offre une bonne productivité pour des pièces plus simples et moins résolues. L’hybridation de tels procédés aux caractéristiques complémentaires permettrait d’élargir les possibilités d’applications. Cependant, en plus de la faisabilité technologique, l’hybridation dresse plusieurs verrous scientifiques résultant de l’incompatibilité microstructurale et mécanique des alliages issus de deux procédés. Cette thèse, menée en collaboration entre l’entreprise SEGULA Technologies et l’Institut Clément Ader analyse à plusieurs échelles cette incompatibilité dans le cas de l’Inconel 625, un superalliage base-nickel largement utilisé en aéronautique.La faisabilité technique de l’hybridation est tout d’abord démontrée, depuis la fabrication de pièces en LPBF et en DED seulement, jusqu’à la santé matière de pièces hybrides et notamment l’interface LPBF-DED. Ensuite, les deux microstructures dendritiques et hétérogènes générées par les deux procédés sont caractérisées et corrélées avec les propriétés mécaniques à froid et à la température de service. Un traitement commun est appliqué pour recristalliser et homogénéiser totalement ces deux microstructures. Les propriétés mécaniques de l’Inconel 625 LPBF demeurent légèrement supérieures au DED. En fatigue à grands nombre de cycle, la durée de vie de l’Inconel 625 brut de fabrication LPBF est affectée par les défauts de surface. Ces mêmes défauts n’ont plus d’effet notoire après le traitement thermique, et la limite d’endurance à 2.10^6 cycles est de l’ordre de la limite élastique statique, comme pour le DED. A la température de service de 650°C, des essais de fatigue oligocyclique mettent en avant un comportement similaire entre l’Inconel 625 LPBF et DED après le traitement thermique, malgré des phénomènes de durcissement et d’adaptation plastique très différents dans les bruts de fabrication.Enfin, les caractérisations microstructurales et mécaniques de l’Inconel 625 obtenu par LPBF et DED permettent de comprendre le comportement multi-échelle des pièces hybrides LPBF-DED en excluant les phénomènes liés à l’interface. Les durées de vie en fatigue des éprouvettes hybrides sont encourageantes pour l’hybridation de l’Inconel 625 LPBF et DED, et ouvrent de nouvelles perspectives à ces procédés additifs.Metal additive manufacturing is in line with the modern economic, ecological and technical challenges. It allows reduction of raw materials, freedom of design, and new repair possibilities. Several metal additive manufacturing processes have emerged in the last decade. These processes are often very different but complementary. Powder bed laser fusion (LPBF), for example, achieves complex and resolved geometries but at a low production rate, compared to directed energy deposition (DED) which offers good productivity for simpler and less resolved parts. The hybridization of such processes with complementary characteristics would broaden the possibilities of applications. However, in addition to the technological feasibility, hybridization raises several scientific challenges resulting from the microstructural and mechanical incompatibility of the alloys characteristics resulting from the two processes. This thesis, conducted in collaboration between the company SEGULA Technologies and the Clément Ader Institute, analyses this incompatibility on several scales in the case of Inconel 625, a nickel-based superalloy widely used in aeronautics.The technical feasibility of the hybridization is first demonstrated, from the manufacture of parts made solely by LPBF and DED, to the material health of hybrid parts and in particular the LPBF-DED interface. Then, the two dendritic and heterogeneous microstructures generated by the two processes are characterized and correlated with the mechanical properties at cold and at service temperature. A common heat treatment is applied to completely recrystallize and homogenize these two microstructures. The mechanical properties of Inconel 625 LPBF remain slightly better than DED. In high cycle fatigue, the life of Inconel 625 obtained by LPBF is affected by surface defects. These same defects no longer have a noticeable effect in the treated material, and the endurance limit at 2.10^6 cycles is of the order of the static elastic limit, as for the DED. At a service temperature of 650°C, low cycle fatigue tests show similar behaviour between Inconel 625 LPBF and DED after heat treatment, despite very different hardening and plastic adaptation phenomena in the as-built materials.Finally, the microstructural and mechanical characterizations of Inconel 625 obtained by LPBF and DED allows the understanding of the multi-scale behaviour of LPBF-DED hybrid parts by excluding phenomena related to the interface. The fatigue life of the hybrid specimens is encouraging for the hybridization of Inconel 625 LPBF and DED, and opens up new perspectives for these additive processes
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