Amélioration par traitement chimique de l'état de surface d'un acier maraging issu de la fabrication additive pour l'amélioration du comportement en fatigue : étude d'un canal de refroidissement

Delcambre, Augustin (2022). Amélioration par traitement chimique de l'état de surface d'un acier maraging issu de la fabrication additive pour l'amélioration du comportement en fatigue : étude d'un canal de refroidissement. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 283 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : La fabrication additive métallique permet l'obtention de nouvelles formes, comme les canaux de refroidissement conforme en fonderie, qui ne pouvaient pas être obtenues à l'aide des procédés conventionnels. Les nouvelles pièces présentent habituellement une amélioration des performances, un gain d'ergonomie ou une économie de matière. La performance des canaux est effectivement améliorée, mais leur durée de vie est diminuée par la formation de fissures en fatigue, grandement facilitées par le mauvais fini de surface en sortie d'impression. L'acier maraging 18Ni300 traité chimiquement a été choisi afin d'améliorer la durée de vie des canaux de refroidissement conforme. À l'issue d'une mise en solution solide et d'un durcissement structural, une dureté usinable de 50 HRC a été obtenue. Le traitement chimique doit permettre d'éliminer la calamine (phase de décapage) formée lors de la mise en solution solide puis d'améliorer l'état de surface (phase de polissage). Le décapage a été atteint quand le polissage s'est révélé inefficace. Par ailleurs, le traitement chimique peut engendrer une fragilisation par l'hydrogène. On a donc vérifié que le gain mécanique en fatigue dû à l'amélioration d'état de surface est supérieur à la perte due à la fragilisation par l'hydrogène, réputée moins importante sur les aciers maraging. Le traitement chimique, effectué dans une solution aqueuse d'acides chlorhydrique, nitrique et phosphorique, a permis l'amélioration de la résistance en endurance illimitée des éprouvettes de 26 % et de 4 % pour les deux modèles étudiés. Ces modèles représentaient les deux rayons de courbure d'un canal de refroidissement. Aucune fragilisation par l'hydrogène n'a été détectée lors de l'étude mécanique. Dans le bain acide, le contrôle de la concentration en fer dissous par l'ajout d'un inhibiteur de corrosion, le ferrocyanure de potassium, a permis de fortement diminuer l'apparition de piqûres de corrosion. Enfin, une étude électrochimique a montré que la voltampérométrie linéaire n'est pas utilisable pour l'amélioration du procédé de polissage. -- Mot(s) clé(s) en français : fabrication additive, fusion sélective par laser, acier maraging, acier 18Ni300, traitement thermique, traitement chimique, décapage chimique, fatigue, fragilisation par l'hydrogène. --
ABSTRACT : Metal additive manufacturing enables new shapes, such as conformal cooling channels in die casting, which could not be achieved using conventional processes. The new parts usually present improved performance, improved ergonomics or material savings. The performance of the channels is indeed greatly improved, but their life is reduced by the formation of fatigue cracks, greatly facilitated by the poor surface finish at the output of the printing. Chemically treated 18Ni300 maraging steel was chosen to improve the life of the compliant cooling channels. After solid solution and age hardening, a machinable hardness of 50 HRC was obtained. The chemical treatment should make it possible to remove the scale (pickling phase) formed during the solid solution and then improve the surface finish (polishing phase). Descaling has been achieved when polishing has been ineffective. In addition, chemical treatment can cause hydrogen embrittlement. Therefore, it has been verified that the mechanical gain in fatigue due to the improvement in surface finish is greater than the loss due to hydrogen embrittlement, which is deemed to be less important on maraging steels. The chemical treatment, carried out in an aqueous solution of hydrochloric, nitric and phosphoric acids, made it possible to improve the resistance in unlimited endurance of the specimens by 26% and by 4% for the two models studied. These models represented the two radii of curvature of a cooling channel. No hydrogen embrittlement has been detected during the mechanical study. In the acid bath, controlling the dissolved iron concentration by adding a corrosion inhibitor, potassium ferrocyanide, greatly reduced the appearance of corrosion pitting. Finally, an electrochemical study has shown that linear voltammetry cannot be used for improving the polishing process. -- Mot(s) clé(s) en anglais : additive manufacturing, selective laser melting (SLM), maraging steel, 18Ni300 steel, heat treatment, chemical treatment, chemical pickling, fatigue, hydrogen embrittlement.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Brousseau, Jean
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de Maître ès sciences appliquées (M. Sc. A.).
Mots-clés :	Acier maraging; Traitement thermique; Fabrication additive; Coulée sous pression; Industrie; Fonderie; Canaux de refroidissement; Traitement chimique; Laser; Fusion sélective.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	23 juin 2022 15:34
Dernière modification :	23 juin 2022 15:34
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2041

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