FR3077524A1 - Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium et de chrome - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couches métalliques solides successives (201...20n), superposées les unes aux autres, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique (M), chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal (25), dit métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, dans lequel le métal d'apport prend la forme d'une poudre (25),dont l'exposition à un faisceau énergétique (32) résulte en une fusion suivie d'une solidification de façon à former une couche solide (201...20n), le procédé étant caractérisé en ce que le métal d'apport (25) est un alliage d'aluminium comprenant au moins les éléments d'alliage suivant : - Cr, selon une fraction massique comprise entre 2 % et 10 % ; - Zr, selon une fraction massique comprise entre 0,5 % et 5 %. L'invention concerne également une pièce obtenue par ce procédé. L'alliage utilisé dans le procédé de fabrication additive selon l'invention, permet d'obtenir des pièces aux performances mécaniques remarquables, tout en obtenant un procédé dont la productivité est avantageuse.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, mettant en œuvre une technique de fabrication additive.
ART ANTERIEUR
Depuis les années 80, les techniques de fabrication additive se sont développées, qui consistent à mettre en forme une pièce par ajout de matière, à l'opposé des techniques d'usinage, visant à enlever de la matière. Autrefois cantonnée au prototypage, la fabrication additive est à présent opérationnelle pour fabriquer des produits industriels en série, y compris des pièces métalliques.
Le terme fabrication additive est défini selon la norme française XP E67-001 : ensemble des procédés permettant de fabriquer, couche par couche, par ajout de matière, un objet physique à partir d'un objet numérique. La norme ASTM F2792-10 définit également la fabrication additive. Différentes modalités de fabrication additive sont aussi définies et décrites dans la norme ISO/ASTM 17296-1. Le recours à une fabrication additive pour réaliser une pièce en aluminium, avec une faible porosité, a été décrit dans le document W02015006447. L'application de couches successives est généralement réalisée par application d'un matériau dit d'apport, puis fusion ou frittage du matériau d'apport à l'aide d'une source d'énergie de type faisceau laser, faisceau d'électrons, torche plasma ou arc électrique. Quelle que soit la modalité de fabrication additive appliquée, l'épaisseur de chaque couche ajoutée est de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microns.
Un moyen de fabrication additive est la fusion ou le frittage d'un matériau d'apport prenant la forme d'une poudre. Il peut s'agir de fusion ou de frittage par un faisceau d'énergie.
On connaît notamment les techniques de frittage sélectif par laser (sélective laser sintering, SLS ou direct métal laser sintering, DMLS), dans lequel une couche de poudre de métal ou d'alliage métallique est appliquée sur la pièce à fabriquer et est frittée sélectivement selon le modèle numérique avec de l'énergie thermique à partir d'un faisceau laser. Un autre type de procédé de formation de métal comprend la fusion sélective par laser (sélective laser melting, SLM) ou la fusion par faisceau d'électrons (électron beam melting, EBM), dans lequel l'énergie thermique fournie par un laser ou un faisceau d'électrons dirigé est utilisée pour fondre sélectivement (au lieu de fritter) la poudre métallique afin qu'elle fusionne à mesure qu'elle refroidit et se solidifie. On connaît également le dépôt par fusion laser (laser melting déposition, LMD) dans lequel la poudre est projetée et fondue par un faisceau laser de façon simultanée.
Le brevet DE 10 2007 018 123 décrit une méthode de prototypage rapide pour obtenir un composant de structure dans le lequel le matériau de départ est un alliage aluminium-scandium.
La demande de brevet WO2016/209652 décrit un procédé pour fabriquer un aluminium à haute résistance mécanique comprenant : la préparation d'une poudre d'aluminium atomisée ayant une ou plusieurs taille(s) de poudre approximative désirée et une morphologie approximative ; le frittage de la poudre pour former un produit par fabrication additive ; la mise en solution ; la trempe ; et le revenu de l'aluminium fabriqué de façon additive.
La demande de brevet US20170016096 décrit un procédé de fabrication d'une pièce par fusion localisée notamment obtenue par l'exposition d'une poudre à un faisceau d'énergie de type faisceau d'électrons ou faisceau laser, la poudre étant constituée d'un alliage d'aluminium dont la teneur en cuivre est comprise entre 5 % et 6 % en masse, la teneur en magnésium étant comprise entre 2.5 % et 3.5 % en masse.
La demande de brevet EP2796229 divulgue un procédé de fabrication d'un alliage métallique d'aluminium renforcé par dispersion comprenant les étapes consistant à : obtenir, sous une forme de poudre, une composition d'alliage d'aluminium qui est susceptible d'acquérir une microstructure renforcée par dispersion ; diriger un faisceau laser à basse densité d'énergie sur une partie de la poudre ayant la composition de l'alliage ; retirer le faisceau laser de la partie de la composition d'alliage en poudre ; et refroidir la partie de la composition d'alliage en poudre à une vitesse supérieure ou égale à environ 106 °C par seconde, pour former ainsi l'alliage métallique d'aluminium renforcé par dispersion. La méthode est particulièrement adaptée pour un alliage ayant d'une composition selon la formule suivante : AICompFeaSibXc, dans laquelle X représente au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Μη, V, Cr, Mo, W, Nb et Ta ; « a » va de 2,0 à 7,5% en atomes ; « b » va de 0,5 à 3,0 % en atomes ; « c » va de 0,05 à 3,5 % en atomes ; et le complément est de l'aluminium et des impuretés accidentelles, à condition que le rapport [Fe+Si]/Si se situe dans la gamme d'environ 2,0:1 à 5,0:1.
La demande de brevet US2016/0138400 décrit des alliages comprenant de 3 à 12 % en poids de fer, de 0,1 à 3 % en poids de vanadium, de 0,1 à 3 % en poids de silicium et de 1, 0 à 6 % en poids de cuivre, reste aluminium et impuretés, adapté pour les techniques de fabrication additive.
La publication « Characterization of Al-Fe-V—Si heat-resistant aluminum alloy components fabricated by sélective laser melting », Journal of Material Research, Vol. 30, No. 10, May 28, 2015, décrit la fabrication par SLM de composants résistants à la chaleur de composition, en % en poids, AI-8.5Fe-l.3V-l.7Si.
La publication « Microstructure and mechanical properties of Al-Fe-V-Si aluminum alloy produced by électron beam melting », Materials Science&Engineering A659(2016)207-214, décrit des pièces du même alliage que dans l'article précèdent obtenues par EBM.
La demande de brevet US 2018/010216 décrit des alliages à base d’aluminium et de magnésium et contenant du zirconium fabriqués par des procédés de solidification rapide et des pièces obtenues par fabrication additive.
Les propriétés mécaniques des pièces d’aluminium obtenues par fabrication additive dépendent de l'alliage formant le métal d'apport, et plus précisément de sa composition, des paramètres du procédé de fabrication additive ainsi que des traitements thermiques appliqués. Les inventeurs ont déterminé une composition d'alliage qui, utilisée dans un procédé de fabrication additive, permet d'obtenir des pièces aux performances mécaniques remarquables, tout en obtenant un procédé dont la productivité est avantageuse.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couches métalliques solides successives, superposées les unes aux autres, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique, chaque couche étant formée par le dépôt d’un métal, dit métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, dans lequel le métal d'apport prend la forme d'une poudre, dont l'exposition à un faisceau énergétique résulte en une fusion suivie d'une solidification de façon à former une couche solide, le procédé étant caractérisé en ce que le métal d'apport est un alliage d'aluminium comprenant les éléments d'alliage suivant:
Cr, selon une fraction massique comprise entre 2 % et 10 % ;
Zr, selon une fraction massique comprise entre 0,5 % et 5 %.
L'addition d'une telle teneur en zirconium à un alliage contenant du chrome permet d'obtenir une pièce de dureté améliorée en diminuant notamment le risque de fissuration, ce qui est en particulier avantageux pour des pièces de fabrication additive. C'est pourquoi il est préférable que la fraction massique de chrome soit au moins 3% et de préférence au moins 4%. Une fraction massique maximale de chrome préférée est 8% voire 6%. Une fraction massique de zirconium minimale préférée est de 0,75% et de manière préférée 1%. Une fraction massique de zirconium maximale préférée est 3%.
L'alliage peut également optionnellement comporter au moins un, voire au moins deux éléments ou même au moins trois éléments choisis parmi :
Mn, selon une fraction massique comprise entre 0,06 % et 6%, de préférence d'au plus 3% et de manière préférée d'au plus 2% ;
Ti, selon une fraction massique comprise entre 0,01 % et 5 %, de préférence d'au moins 0,1 %, de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1% ;
V, selon une fraction massique comprise entre 0,06 % et 6%, de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plus 2% et de manière préférée d’au plus 1%;
Ces éléments peuvent conduire à la formation de dispersoïdes ou de phases intermétalliques fines permettant d’augmenter la dureté du matériau obtenu. Ces éléments peuvent de plus avoir un effet bénéfique sur la stabilité thermique de l'alliage en augmentant la température et ou la durée nécessaire pour atteindre le pic de dureté.
L’alliage peut également comporter au moins un, voire au moins deux éléments ou même au moins trois éléments choisis parmi :
Ag, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 % ;
Li, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 % ;
Cu, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 5 %, la teneur en Cu étant inférieure à laleneur en Cr et de préférence comprise entre 0,1 et 2%;
Zn, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 %.
Les éléments Ag, Cu, Zn et Li peuvent agir sur la résistance du matériau par précipitation durcissante ou par leur effet sur les propriétés de la solution solide.
Optionnellement on peut ajouter au moins un élément choisi parmi Sc, Hf, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Er, Co, Ni avec une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 5% de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1%, de façon à former davantage de dispersoïdes ou de phases intermétalliques fines. Cependant dans un mode de réalisation on évite l'addition de Sc, la fraction massique préférée étant alors inférieure à 0,05% et de préférence inférieure 0,01%.
Optionnellement on peut ajouter au moins un élément choisi parmi La, Ce ou du mischmétal, avec une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 6%, préférentiellement d’au plus 3% de préférence d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1%.
Optionnellement on peut ajouter au moins un élément choisi parmi Bi, Sr, Sn, Ba, Ca, Sb, P et B, avec une fraction massique d'au moins 0,01 % et d'au plus 1% et de préférence d'au moins 0,06 % et d'au plus 0,8 %. Cependant dans un mode de réalisation on évite l'addition de Bi, la fraction massique préférée étant alors inférieure à 0,05% et de préférence inférieure 0,01%.
L’alliage peut également comporter du Mg selon une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 0,5 %. Cependant l'addition de Mg n'est pas recommandée et la teneur en Mg est de préférence maintenue inférieure à une valeur d'impureté de 0,05 % massique.
On peut ajouter volontairement à l'alliage du Fe et/ou du Si selon une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 1 % chacun, et de préférence d'au moins 0,1 % et d'au plus 2 % chacun, et de manière préférée d’au moins 0,5 % et d'au plus 1 % chacun ce qui peut apporter un durcissement supplémentaire par la formation de dispersoïdes. La teneur de Fe et/ou Si peut également être liée dans certains cas au coût de l'alliage, il peut être en effet favorable de ne pas utiliser un métal de départ trop pur. Dans un mode de réalisation la teneur en Fe et/ou Si est maintenue inférieure ou égale à un niveau de 0,5% et de préférence 0,2 %, ce qui permet d'utiliser un alliage moins pur sans risque d'augmenter les caractéristiques mécaniques à l'état brut de fabrication qui conduiraient à des problèmes de distorsion et/ou de fissuration de la pièce.
Le matériau comporte une fraction massique en autres éléments ou impuretés inférieure à 0,05 %, soit 500 ppm. La fraction massique cumulée des autres éléments ou impuretés est inférieure à 0,15 %. Un élément qui n'est pas sélectionné comme élément d'addition comporte une fraction massique inférieure à 0,05 %, voire moins selon la teneur préférée de cette d’addition. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'alliage d'aluminium consiste en, en fraction massique, au moins 2 % et au plus 10% et de préférence au moins 3 % et au plus 9% de Cr, au moins 0,5 % et au plus 6% et de préférence au moins 0,75 % et au plus 3% de Zr, au moins 0,06 % et au plus 6% et de préférence au moins 0,5 % et au plus 4% de Mn, au plus 0,5 % de Fe et Si, autres éléments ou impuretés inférieurs à 0,05 %, la fraction massique cumulée des autres éléments ou impuretés étant inférieure à 0,15 %.
La poudre peut être obtenue par des procédés classiques d'atomisation à partir d'un alliage selon l'invention sous forme liquide ou solide ou, alternativement, la poudre peut être obtenue par mélange de poudres primaires avant l'exposition au faisceau énergétique, les différentes compositions des poudres primaires ayant une composition moyenne correspondant à la composition de l'alliage selon l'invention.
On peut également ajouter des particules infusibles préférentiellement nanométriques, par exemple des oxydes ou des particules T1B2 ou des nanoparticules de carbone, avant la préparation de la poudre par atomisation et/ou lors du dépôt de la poudre et/ou lors du mélange des poudres primaires. Cependant dans un mode de réalisation de l'invention, on n'ajoute pas de particules infusibles.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte, suite à la formation des couches :
un traitement thermique typiquement à une température d'au moins 100°C et d'au plus 550 °C et de préférence supérieure à 300 ’C ou préférentiellement supérieure à 350°C et/ou une compression isostatique à chaud ou CIC.
Le traitement thermique peut notamment permettre un détensionnement des contraintes résiduelles et/ou une précipitation supplémentaire de phases durcissantes.
Le traitement CIC permet notamment d'améliorer les propriétés d'allongement et les propriétés en fatigue. La compression isostatique à chaud peut être réalisée avant, après ou à la place du traitement thermique.
Avantageusement, la compression isostatique à chaud est réalisée à une température comprise entre 250 °C et 550 °C et de préférence entre 300 °C et 500 °C, ou préférentiellement supérieure à 350°C, à une pression comprise entre 500 et 3000 bars et pendant une durée comprise entre 0,5 et 10 heures.
Le traitement thermique et/ou la compression isostatique à chaud permet en particulier d'augmenter la dureté du produit obtenu.
Selon un autre mode de réalisation adapté aux alliages à durcissement structural, on peut réaliser une mise en solution suivie d'une trempe et d'un revenu de la pièce formée et/ou une compression isostatique à chaud. La compression isostatique à chaud peut dans ce cas avantageusement se substituer à la mise en solution. Cependant le procédé selon l'invention est avantageux car il ne nécessite de préférence pas de traitement de mise en solution suivi de trempe. La mise en solution peut avoir un effet néfaste sur la résistance mécanique dans certains cas en participant à un grossissement des dispersoïdes ou des phases intermétalliques fines.
Optionnellement, on peut réaliser une déformation mécanique de la pièce à un stade du procédé de fabrication, par exemple après la fabrication additive et/ou avant le traitement thermique.
Des traitements optionnels d'usinage et/ou traitements de surface chimiques, électrochimiques ou mécaniques et/ou tribofinition peuvent être réalisés notamment pour réduire la rugosité et/ou améliorer la résistance à la corrosion et/ou améliorer la résistance à la propagation de fissures en fatigue.
Un deuxième objet de l’invention est une pièce métallique, obtenue après application d’un procédé selon le premier objet de l'invention.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre et des exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous.
Encore un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couches métalliques solides successives, superposées les unes aux autres, pour former une pièce brute, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique, chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal, dit métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, dans lequel le métal d'apport prend la forme d'une poudre, dont l'exposition à un faisceau énergétique résulte en une fusion suivie d'une solidification de façon à former une couche solide, le métal d'apport étant un alliage d'aluminium ayant une teneur en Mg inférieure à 0.5 % en poids, le procédé étant caractérisé en ce que la pièce brute a préférentiellement une dureté Knoop comprise entre 100 HK et 200 HK et en ce que la pièce brute est ensuite traitée thermiquement et/ou subit une compression isostatique à chaud à une température supérieure à 350 °C de façon à augmenter sa dureté Knoop d'au moins 20 HK. Dans ce mode de réalisation l'alliage a de préférence une composition selon le premier objet de l'invention.
FIGURES
La figure 1 est un schéma illustrant un procédé de fabrication additive de type SLM, ou EBM
DESCRIPTION DETAILLEE de L'INVENTION
Dans la description, sauf indication contraire :
la désignation des alliages d’aluminium est conforme à la nomenclature établie par The Aluminum Association ;
Les teneurs en éléments chimiques sont désignées en % et représentent des fractions massiques.
Les duretés sont évaluées par la méthode Knoop pour une charge de 0,01 kg (10 g), on indique indifféremment dureté Knoop 0,01 ou dureté Knoop.
La figure 1 décrit de façon générale un mode de réalisation, dans lequel le procédé de fabrication additive selon l'invention est mis en œuvre. Selon ce procédé, le matériau d’apport 25 se présente sous la forme d'une poudre en alliage selon l'invention. Une source d’énergie, par exemple une source laser ou une source d'électrons 31, émet un faisceau d'énergie par exemple un faisceau laser ou un faisceau d'électrons 32. La source d'énergie est couplée au matériau d’apport par un système optique ou de lentilles électromagnétiques 33, le mouvement du faisceau pouvant ainsi être déterminé en fonction d'un modèle numérique M. Le faisceau d'énergie 32 suit un mouvement selon le plan longitudinal XY, décrivant un motif dépendant du modèle numérique. La poudre 25 est déposée sur un support 10. L’interaction du faisceau d'énergie 32 avec la poudre 25 engendre une fusion sélective de cette dernière, suivie d'une solidification, résultant en la formation d'une couche 20i...20n. Lorsqu'une couche a été formée, elle est recouverte de poudre 25 du métal d'apport et une autre couche est formée, superposée à la couche préalablement réalisée. L'épaisseur de la poudre formant une couche peut par exemple être comprise entre 10 et 100 pm. Ce mode de fabrication additive est typiquement connu sous le nom de fusion sélective par laser (sélective laser melting, SLM) quand le faisceau d'énergie est un faisceau laser, le procédé étant avantageusement exécuté à pression atmosphérique, et sous le nom de fusion par faisceau d'électrons (électron beam melting EBM) quand le faisceau d'énergie est un faisceau d'électrons, le procédé étant avantageusement exécuté sous pression réduite, typiquement inférieure à 0,01 bar et de préférence inférieure à 0,1 mbar.
Dans un autre mode de réalisation, la couche est obtenue par frittage sélectif par laser (sélective laser sintering, SLS ou direct métal laser sintering, DMLS), la couche de poudre d'alliage selon l'invention étant frittée sélectivement selon le modèle numérique avec de l’énergie thermique à partir d'un faisceau laser.
Dans encore un autre mode de réalisation non décrit par la figure 1, la poudre est projetée et fondue par un faisceau généralement laser de façon simultanée. Des procédés connus notamment sous les noms dépôt direct d'énergie (Direct Energy Déposition, DED), Dépôt direct de métal (Direct Métal Déposition, DMD), Dépôt direct par laser (Direct Laser Déposition, DLD), Technologie de dépôt par Laser (Laser Déposition Technology, LDT), Dépôt de métal par laser (Laser Métal Déposition, LMD), Ingénierie de formes nettes par laser (Laser Engineering Net Shaping, LENS), Technologie de plaquage par laser (Laser Cladding Technology, LCT), Technologie de fabrication de formes libres par laser (Laser Freeform Manufacturing Technology, LFMT).
Dans un mode de réalisation le procédé selon l'invention est utilisé pour la réalisation d'une pièce hybride comprenant une partie obtenue par des procédés classiques de laminage et/ou de filage et/ou de moulage et/ou de forgeage optionnellement suivi d’usinage et une partie solidaire obtenue parfabrication additive. Ce mode de réalisation peut également convenir pour la réparation de pièces obtenues par les procédés classiques.
On peut également dans un mode de réalisation de l'invention utiliser le procédé selon l'invention pour la réparation de pièces obtenues par fabrication additive.
A l'issue de la formation des couches successives on obtient une pièce brute ou pièce à l'état brut de fabrication.
Les pièces métalliques obtenues par le procédé selon l'invention sont particulièrement avantageuses car elles présentent des surfaces lisses, ne présentent pas de fissuration à chaud, ont une dureté qui n'est pas trop élevée à l'état brut de fabrication mais qui peut augmenter de façon importante par un traitement thermique. Avantageusement, la dureté à l'état brut de fabrication est inférieure à la dureté après traitement thermique et/ou compression isostatique à chaud, l’écart de dureté Knoop étant au moins 10 HK, de préférence au moins 20 HK, de manière préférée au moins 30 HK et préférentiellement au moins 40 HK. Ainsi contrairement aux alliages selon l'art antérieur tels que l'alliage 8009, la dureté Knoop à l'état brut de fabrication est de préférence inférieure à 300 HK et avantageusement inférieure à 200 HK, et de manière préférée inférieure à 150 HK. Avantageusement la dureté Knoop à l'état brut de fabrication est au moins 50 HK, avantageusement au moins 80 HK, et de manière préférée inférieure à 90 HK. Dans un mode de réalisation de l'invention la dureté Knoop à l'état brut de fabrication est comprise entre 100 HK et 200 HK. De manière préférée, les pièces métalliques selon l'invention sont caractérisées, après un traitement thermique d'au moins 100°C et d'au plus 550 °C et/ou une compression isostatique à chaud, par une dureté Knoop d'au moins 100 HK et de préférence d’au moins 120 HK ou même d'au moins 140 HK et préférentiellement d'au moins 150 HK et par l'absence de fissuration à chaud.
Le présent inventeur a constaté qu' un procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couches métalliques solides successives, superposées les unes aux autres, pour former une pièce brute, chaque couche décrivant un motif défini à partir d'un modèle numérique, chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal, dit métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d'énergie de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, dans lequel le métal d'apport prend la forme d'une poudre, dont l'exposition à un faisceau énergétique résulte en une fusion suivie d'une solidification de façon à former une couche solide, le métal d'apport étant un alliage d'aluminium ayant une teneur en Mg inférieure à 0.5 % en poids, le procédé étant caractérisé en ce que la pièce brute est ensuite traitée thermiquement et/ou subit une compression isostatique à chaud à une température supérieure à 350 °C de façon à augmenter sa dureté Knoop d’au moins 20 HK est particulièrement avantageux.
EXEMPLE
Dans cet exemple on a évalué les propriétés de différents alliages dans une machine SLM.
Des disques en alliage 8009 ou AS7G06 ou en alliage selon l'invention, d'épaisseur 5 mm et de diamètre 27 mm, ont été préparés à partir de petits lingots. Les disques ont été placés dans une machine SLM et des balayages de la surface avec un laser ont été effectués avec la même stratégie de balayage et des conditions de procédé représentatives de celles utilisées pour le procédé SLM. Le présent inventeur a en effet constaté qu'il était possible de cette manière d'évaluer l'aptitude des alliages au procédé SLM et notamment la qualité de surface et la sensibilité à la fissuration à chaud.
La composition des alliages utilisés est donnée dans le tableau 1.
Tableau 1. Composition des alliages en % massique
Alliage Si Fe Mn V Cr Zr Mg Ti
Invention 0,05 0,16 1,0 4,9 1,5
8009 1,8 8,7 0,23 1,3
AS7G06* 7,0 0,6 0,2
* valeurs nominales
Dans les essais qui suivent, la source laser avait une puissance de 200 W, la largeur d'un passage de laser était 100 pm, avec un recouvrement entre deux passages successifs, la température de 10 fabrication était 200 C. La vitesse de balayage était 900 mm/s. On a utilisé une machine SLM
Phénix Systems PM100.
La qualité de surface a été évaluée qualitativement selon l'échelle suivante, la cotation 1 étant la plus favorable.
1 : surface très lisse sans défauts de surface : surface lisse sans défauts de surface : surface rugueuse sans défauts de surface : surface très rugueuse avec défauts de surface
La sensibilité aux fissures à chaud a été évaluée sur des coupes transversales des zones traitées 20 selon l'échelle suivante, la cotation 1 étant la plus favorable.
1. Absence de microfissures
2. Présence de microfissures de moins de 50 pm
3. Présence de microfissures de plus de 50 pm
La dureté a été mesurée selon l'échelle Knoop avec une charge de lOgr après traitement laser et après un traitement thermique supplémentaire à 400°C, permettant notamment d'évaluer l'aptitude de l'alliage au durcissement lors d'un traitement thermique et l'effet d'un éventuel traitement CIC sur les propriétés mécaniques.
Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2. Résultats obtenus
Alliage Cotation surface Cotation fissuration à chaud Dureté Knoop (0,01) après traitement laser Dureté Knoop (0,01) après traitement supplémentaire de 4h à 400 °C
Invention 1 1 118 HK 162 HK
8009 4 3 360 HK 155 HK
AS7G06 1 1 132HK 72HK
L'alliage selon l'invention est particulièrement avantageux car il permet d'obtenir une surface 10 lisse, sans fissuration à chaud et avec une dureté élevée après traitement à 400 °C.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'une pièce comportant une formation de couchés métalliques solides successives (20i...20n), superposées les unes aux autres, chaque couche décrivant un motif défini à partir d’un modèle numérique (M), chaque couche étant formée par le dépôt d'un métal (25), dit métal d'apport, le métal d'apport étant soumis à un apport d’énergie]de façon à entrer en fusion et à constituer, en se solidifiant, ladite couche, dans lequel le métal d'apport prend la forme d'une poudre (25), dont l'exposition à un faisceau énergétique (32) résulte en une fusion suivie d'une solidification de façon à former une couche solide (20i...20n), ] le procédé étant caractérisé en ce que le métal d'apport (25) est un] alliage d'aluminium comprenant au moins les éléments d'alliage suivant :
    Cr, selon une fraction massique comprise entre 2 % et 10 % ;
    Zr, selon une fraction massique comprise entre 0,5 % et 5 %.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins un des éléments suivants :
    Mn, selon une fraction massique comprise entre 0,06 % et 6%, de préférence d'au plus 3% et de manière préférée d'au plus 2% ;
    Ti, selon une fraction massique comprise entre 0,01 % et 5 %, de préférence d'au moins 0,1 %, de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plufe 2% et de manière préférée d'au plus 1% ;
    V, selon une fraction massique comprise entre 0,06 % et 6%, de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1%;
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte au moins un des éléments suivants :
    Ag, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 % ;
    Li, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 % ;
    Cu, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 5 % la teneur en Cu étant inférieure à la teneur en Cr et de préférence comprise entre 0,1 et 1%;
    Zn, selon une fraction massique comprise entre 0,06 et 1 %.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte également au moins un des éléments suivants
    Sc, Hf, W, Nb, Ta, Y, Yb, Nd, Er, Co, Ni avec une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 5% de préférence d'au plus 3%, préférentiellement d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1%, de façon à former davantage de dispersoïdes ou de phases intermétalliques fines.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte également au moins un des éléments suivants
    La, Ce ou du mischmétal, avec une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 6%, préférentiellement d'au plus 3% de préférence d'au plus 2% et de manière préférée d'au plus 1%.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte également au moins un des éléments suivants
    Bi, Sr, Sn, Ba, Ca, Sb, P et B, avec une fraction massique d'au moins 0,01 % et d'au plus 1% et de préférence d'au moins 0,06 % et d'au plus 0,8 %.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium Comporte également l'élément Mg selon une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus Q,5 %.
  8. 8. Procédé çelon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium comporte également du Fe et/ou du Si selon une fraction massique d'au moins 0,06 % et d'au plus 1 % chacun, et de préférence d'au moins 0,1 % et d'au plus 2 % chacun, et de manière préférée d'au moins 0,5 % et d'au plus 1 % chacun.
  9. 9. Procédé sielon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant, suite à la formation dés couches (20i...20n), un traitement thermique typiquement à une température d'au moins 100°C et d'au plus 550 °C, et/ou une compression isostatique à chaud.
  10. 10. Pièce métallique (20) obtenue par un procédé objet de l'une quelconque des revendications précédentes.
  11. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal d’apport est un alliage d'aluminium ayant en outre une teneur en Mg inférieure à 0.5 % en poids) et caractérisé en ce que la pièce brute a préférentiellement une dureté Knoop comprise entrellOO HK et 200 HK et en ce que elle est ensuite traitée thermiquement et/ou subit une compression isostatique à
    10 chaud à une température supérieure à 350 °C de façon à augmenter sa dureté Knoop d'au moins
    20 HK.
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