Optimisation des paramètres de fabrication additive et des traitements thermiques pour l'amélioration des propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 17-4 ph en vue d'applications de haute performance

Chedly, Yassmine (2025). Optimisation des paramètres de fabrication additive et des traitements thermiques pour l'amélioration des propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 17-4 ph en vue d'applications de haute performance. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 158 p.

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Résumé

« Cette étude vise à optimiser les paramètres de fabrication de pièces en acier inoxydable martensitique 17-4 PH produites par fusion laser sur lit de poudre (LPBF). En raison du manque de données exhaustives concernant l'influence des paramètres de fabrication et des traitements thermiques sur les performances finales de ce matériau, ce travail propose une analyse approfondie pour identifier les combinaisons optimales adaptées à diverses exigences mécaniques et industrielles. L'approche expérimentale rigoureuse adoptée repose sur une méthodologie structurée intégrant des plans d'expérience Taguchi, différents traitements thermiques spécifiques (H900, H1025, H1150), ainsi que deux orientations d'impression (0° et 45°). Les propriétés mécaniques étudiées incluent la microdureté, la résistance à la traction, la ténacité au choc (essai Charpy) et le comportement en fatigue. L'analyse détaillée de la microstructure et des surfaces de rupture (fractographie) a permis de mieux cerner les mécanismes influencés par les paramètres du procédé et les traitements thermiques. Les résultats mettent clairement en évidence le rôle prépondérant de la température de vieillissement sur les propriétés mécaniques et microstructurales finales. Le traitement thermique H1150 (620°C) favorise nettement une ductilité élevée et une excellente résistance à l'impact (120 J). À l'inverse, les traitements à plus basse température (H900, 480°C) améliorent considérablement la dureté et la résistance mécanique, mais réduisent fortement la ductilité, entraînant un comportement plus fragile du matériau. L'optimisation rigoureuse de la densité d'énergie volumique (VED) s'est révélée essentielle afin de minimiser la porosité résiduelle et d'assurer des propriétés mécaniques équilibrées. Par ailleurs, l'analyse du comportement en fatigue met en évidence une influence marquée de l'orientation d'impression sur la durée de vie des pièces. Notamment, les échantillons imprimés à 45° présentent une meilleure résistance à la propagation des fissures, ce qui améliore significativement leurs performances en fatigue. Ces résultats offrent des recommandations pratiques précieuses aux industries qui souhaitent intégrer la fabrication additive métallique dans leur processus de fabrication. Cette recherche leur permet ainsi d'ajuster précisément les paramètres de procédé afin de répondre efficacement à des critères mécaniques spécifiques, répondant ainsi aux exigences de performance industrielle les plus élevées. -- Mot(s) clé(s) en français : Fabrication additive métallique, LPBF, acier inoxydable 17-4 PH, optimisation des paramètres, propriétés mécaniques, traitements thermiques, fatigue, résistance au choc, microstructure, orientation d'impression. »--
« This study aims to optimize the production parameters for martensitic stainless steel 17-4 PH components manufactured by Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Given the limited availability of comprehensive data on the precise effects of manufacturing parameters and heat treatments on the final performance of this material, this research provides an in-depth analysis to identify optimal parameter combinations suited to specific mechanical and industrial requirements. A systematic experimental approach employing a structured methodology, including Taguchi experimental designs, specific heat treatments (H900, H1025, H1150), and two build orientations (0° and 45°), was adopted. The mechanical properties investigated encompass microhardness, tensile strength, impact toughness (Charpy test), and fatigue behavior. Detailed microstructural and fractographic analyses enabled a deeper understanding of the underlying mechanisms influenced by process parameters and thermal treatments. Results clearly highlight the predominant influence of aging temperature on final mechanical and microstructural properties. The H1150 treatment (620°C) significantly promotes high ductility and excellent impact resistance (120 J). Conversely, lower aging temperatures (H900, 480°C) substantially increase hardness and strength but drastically reduce ductility, resulting in increased material brittleness. Rigorous optimization of volumetric energy density (VED) was crucial to achieving minimal residual porosity and balanced mechanical properties. Furthermore, fatigue behavior analysis revealed a marked impact of build orientation on fatigue life. Particularly, specimens printed at 45° demonstrated superior resistance to crack propagation, which significantly improves their fatigue performance. These findings provide valuable practical guidelines for industries aiming to incorporate metal additive manufacturing into their processes, enabling precise adjustments of manufacturing parameters to meet specific mechanical performance requirements and industrial standards. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Metal additive manufacturing, LPBF, 17-4 PH stainless steel, parameter optimization, mechanical properties, heat treatments, fatigue, impact toughness, microstructure, build orientation. »--

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Barka, Noureddine
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 :	Fabrication additive ; Acier martensitique - Traitement thermique ; Acier martensitique - Propriétés mécaniques ; Acier martensitique - Microstructure ; 17-4 hp ; Fusion sur lit de poudre ; Lpbf.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	15 déc. 2025 20:59
Dernière modification :	15 déc. 2025 20:59
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3368