Compréhension et optimisation des post-traitements de pièces en Scalmalloy® produites par fabrication additive

(fre) La fabrication additive est une technologie possédant de nombreux avantages comme la complexité et la diversité des géométries pouvant être obtenues, une densité proche de 100% ou encore la réduction du poids des structures produites par rapport à des procédés plus classiques comme la coulée. Les alliages d'aluminium sont de bons candidats pour la fabrication additive car ils permettent d’obtenir de bonnes propriétés mécaniques statiques, une résistance à la corrosion ainsi qu’un bon comportement en fatigue. Parmi ceux-ci, le Scalmalloy®, un alliage de Al-Mg-Sc-Zr breveté par APWorks, est de plus en plus étudié. En effet, celui-ci offre des propriétés très intéressantes, surtout après un traitement thermique appelé HT0 à 320°C pendant 4 heures, permettant de créer des nanoprécipités de Al3(Sc,Zr), responsables de la résistance importante de cet alliage (σ_y = 480 MPa). Cependant, comme de nombreux alliages produits par fabrication additive, la présence de porosités dans la pièce entraîne une résistance en fatigue moindre. Pour pallier cet effet, un traitement FSP peut être appliqué, menant malheureusement à une diminution des propriétés mécaniques statiques. Grâce à des analyses SEM et TEM, il a été possible d'observer la présence des nanoprécipités de Al3(Sc,Zr) dans des échantillons traités par HT0, FSP et FSP+HT0. La taille des précipités est respectivement d'environ 28, 35 et 27 nm. Il ne peut dès lors pas être supposé qu'une augmentation de leur taille est responsable de la diminution de dureté lorsque le traitement FSP est appliqué. Ce phénomène est dû à une répartition hétérogène des précipités le long des joints de grains et des dislocations après traitement FSP. Deux post-traitements ont été appliqués afin d'améliorer la dureté des échantillons traités par FSP. Le premier consiste en une mise en solution à 585°C pendant 15 ou 30 heures, suivie par un vieillissement artificiel à des températures variant entre 250 et 320°C pendant différentes durées. Ce post-traitement n'a pas permis d'augmenter la dureté car la température de 585°C n'est pas suffisante pour dissoudre les précipités Al3(Sc,Zr). Le deuxième type de post-traitement est l'optimisation des paramètres FSP en utilisant une moins grande vitesse de rotation et/ou une plus grande vitesse d'avance. Cela n'a pas non plus permis d'améliorer la dureté car les précipités sont toujours répartis de manière hétérogène même lorsque des paramètres plus froids sont utilisés. De plus, des défauts type tunnel sont apparus suite à l'application de ces nouveaux traitements FSP. Le traitement FSP permet donc d'améliorer les propriétés de fatigue du Scalmalloy® mais il semble difficile de restaurer des propriétés mécaniques statiques proches de celles après HT0. Il faudra donc savoir quel critère est le plus important dans l'application afin de choisir le post-traitement adéquat.

(eng) Additive manufacturing is a technology with many advantages such as the complexity and diversity of the geometries that can be obtained, a density close to 100 % or the reduction of the weight of the structures produced compared to more traditional processes such as casting. Aluminum alloys are good candidates for additive manufacturing because they provide good static mechanical properties, corrosion resistance and good fatigue behavior. Among them, Scalmalloy®, an Al-Mg-Sc-Zr alloy patented by APWorks, is being studied more and more. Indeed, this alloy offers very interesting properties, especially after a heat treatment, called HT0, at 320°C for 4 hours allowing to create Al3(Sc,Zr) nanoprecipitates, responsible for the important strength of this alloy (σ_y = 480 MPa). However, like many alloys produced by additive manufacturing, the presence of porosities results in lower fatigue strength. To compensate for this effect, an FSP treatment can be applied, unfortunately leading to a decrease in static mechanical properties. Through SEM and TEM analysis, it was possible to observe the presence of Al3(Sc,Zr) nanoprecipitates in samples treated with HT0, FSP and FSP+HT0. The size of the precipitates is about 28, 35 and 27 nm respectively. Therefore, it cannot be assumed that an increase in their size is responsible for the decrease in hardness when FSP treatment is applied. This phenomenon is due to a heterogeneous distribution of precipitates along the grain boundaries and dislocations after FSP treatment. Two post-treatments were applied to improve the hardness of the FSP treated samples. The first one consists of solution heat treatment at 585°C for 15 or 30 hours, followed by artificial aging at temperatures ranging from 250 to 320°C and different times. This post-treatment did not increase the hardness because the temperature of 585°C is not sufficient to dissolve the Al3(Sc,Zr) precipitates. The second type of post-processing is the optimization of the FSP parameters using a lower rotational speed and/or a higher advancing speed. It did not improve the hardness because the precipitates are still heterogeneously distributed even when cooler parameters are used. In addition, tunnel-like defects appeared after the application of these new FSP treatments. The FSP treatment allows to improve the fatigue properties of Scalmalloy® but it seems difficult to recover static mechanical properties close to those after HT0. It will be necessary to know which criterion is the most important in the application in order to choose the appropriate post-treatment.