Soutenances de thèses

Composition du jury

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• Muriel CARIN, Professeur des universités, Université Bretagne Sud, Institut de Recherche Dupuy De Lôme (Examinateur)
• Julien ZOLLINGER, Professeur des universités, Université de Lorraine, Institut Jean Lamour (Examinateur)
• Sylvain DÉPINOY, Chargé de recherche, Mines Paris-PSL, Centre des Matériaux (Examinateur)
• Serge PASCAL, Ingénieur de recherche, CEA Saclay (Examinateur)
• Vladimir ESIN, Professeur des universités, Université de Lorraine, Institut Jean Lamour (Examinateur)
• Angéline POULON, Maître de conférences, Université de Bordeaux, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (Rapporteur)
• Helmut KLOCKER, Directeur de recherche, Mines Saint-Étienne (Rapporteur)

Encadrement

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• Vladimir ESIN (Directeur de thèse)
• Sylvain DEPINOY (Co-encadrant)

Résumé

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L'un des défis des procédés de fabrication additive métallique par dépôt de fil tels que le WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) et le WLAM (Wire Laser Addititive Manufacturing) est de maîtriser les paramètres de fabrication pour produire des pièces aux géométries complexes et aux propriétés homogènes. En effet, des paramètres procédés mal contrôlés peuvent engendrer des hétérogénéités thermiques, mécaniques et microstructurales. Cette thèse a pour objectif d'évaluer l'effet des paramètres des procédés WAAM et WLAM utilisés pour fabriquer des pièces en acier austénitique inoxydable 316L (monocordons, murs ou blocs) sur (i) leur régularité géométrique, (ii) leur microstructure, (iii) leurs propriétés mécaniques et (iv) leur stabilité microstructurale sous l'effet de la température. L'influence des paramètres des procédés WAAM et WLAM sur des critères géométriques (largeur/hauteur, dilution) a été établie et des pièces aux géométries régulières et sans porosité ont été obtenues, à l'exception du bloc WLAM possédant quelques pores. L'étude de la microstructure des monocordons a révélé (i) une solidification dendritique et épitaxiale perpendiculaire à la ligne de fusion et (ii) des bandes de ferrite orientées selon la direction de fabrication au sein de l'austénite dans une fraction de 5 vol.% pour le WLAM et 8 vol.% pour le WAAM. La microstructure des murs est caractérisée par une forte texture cristallographique selon <001> parallèlement à la direction de fabrication et des grains allongés sur plusieurs dizaines de passes. Le WLAM produit des grains plus fins et des dendrites deux fois plus petites comparé au WAAM en raison de vitesses de refroidissement plus rapides, estimées à 1000 °C/s contre 100 °C/s au WAAM. Les essais mécaniques ont montré une anisotropie et une dureté plus importante pour les pièces élaborées par WLAM que par WAAM. Toutefois, la résistance à la traction et la déformation à rupture des murs obtenus par WAAM et WLAM restent similaires à celles de l'acier 316L à l'état forgé. Des traitements thermiques effectués sur les murs ont permis de dissoudre la ferrite et ont entrainé une recristallisation partielle, limitée aux bordures et pied des murs. Les blocs sont caractérisés par des grains plus fins et moins allongés que les murs, avec des différences microstructurales notables pour chaque procédé due à des formes de bains de fusion différentes. Enfin, un modèle thermomécanique a été développé avec le logiciel Cast3M. En s'appuyant sur la géométrie des murs expérimentaux, il permet d'estimer correctement le champ de température en cours de la fabrication et la déformation finale du substrat. Le modèle a ensuite été appliqué pour ajuster les temps de refroidissement interpasse et les paramètres opératoires pour (i) éviter l'accumulation de chaleur, (ii) contrôler la vitesse de refroidissement et (iii) minimiser l'apparition de phases néfastes aux propriétés du matériau.

Mots clès

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Fabrication additive par dépôt de fil,Aciers inoxydable 316L,Optimisation paramétrique,Traitement thermique,Caractérisation microstructurale,Modélisation thermomécanique,

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