Ivan CAZIC : Laser wire additive manufacturing of Inconel 718

Résumé :
L’utilisation de l’alliage Inconel 718 en fabrication additive a fait l’objet de nombreuses études au cours des dernières années. Il est rapidement apparu que le contrôle de la morphologie et la taille des grains se formant durant la solidification constitue un véritable défi. Notre travail s’attache à le relever dans le cas de la technologie laser-fil coaxial en apportant une meilleure compréhension de la formation des microstructures, notamment des conditions d’apparition de grains équiaxes fins observés en fond de bain de fusion. En premier lieu, la stabilité du procédé ainsi que les aspects thermiques ont été étudiés. Ainsi, grâce à l’imagerie rapide et l’imagerie thermique, nous avons pu estimer les conditions de solidification en fond de bain. Dans un second temps, nous avons analysé par EBSD les grains équiaxes et révélé qu’ils sont très souvent regroupés en amas multi-maclés présentant une symétrie icosaédrique. Cette organisation est la signature d’un mécanisme « Icosahedral Short Range Order (ISRO) mediated nucleation », qui serait favorisé par les vitesses de refroidissement élevées imposées par le procédé d’une part, et par des enrichissements locaux du liquide en fond de bain lors de la fusion de la couche précédente d’autre part. Nous avons donc caractérisé finement les zones équiaxes par MEB et MET. Nous avons identifié la présence de carbures TiC au sein des amas multi-maclés et nous avons mis en évidence un fort enrichissement local en Nb autour des carbures par EDS. Nous avons pu identifier la phase Nb2Ni à la surface d’un TiC qui requiert une composition locale importante en Nb pour apparaître. À partir de ces observations nous proposons un scénario possible pour l’apparition des grains équiaxes fins dans l’Inconel 718 déposé par la technologie laser-fil coaxial. Les TiC y joueraient un rôle important en capturant les éléments minoritaires lors la refusion, et en promouvant l’apparition locale d’amas icosaédriques dans le liquide qui favoriseraient la germination de grains dont les orientations relatives reflèteraient cet ordre icosaédrique.

Mots-clés :
Solidification, Microstructures, Inconel 718, Laser - fil, Fabrication Additive

Composition du jury :
> Rapporteurs :
- Maria Teresa PEREZ PRADO, Directrice de recherche, IMDEA Materials, Madrid, Espagne
- Patrice PEYRE, Directeur de recherche, PIMM, Paris, France
> Examinateurs :
- Güven KURTULDU, Chargée de recherche, ETH, Zürich, Suisse
- Florence PETTINARI STURMEL, Professeure, CEMES, Toulouse, France
> Direction de thèse :
- Benoît APPOLAIRE, Directeur de thèse, Professeur, IJL, Nancy, France
- Julien ZOLLINGER, Co-directeur, Maître de conférence, IJL, Nancy, France
- Maxime EL KANDAOUI, Encadrant industriel, Ingénieur de recherche, Institut de Soudure, Yutz, France
> Invités :
- Ulrike HECHT, Directrice de recherche, RWTH, Aachen, Allemagne
- Michel RAPPAZ, Professeur émérite, EPFL, Lausanne, Suisse