{"id":8388,"date":"2024-10-18T14:00:23","date_gmt":"2024-10-18T06:00:23","guid":{"rendered":"https:\/\/am-material.com\/?p=8388"},"modified":"2024-10-18T14:08:23","modified_gmt":"2024-10-18T06:08:23","slug":"effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/am-material.com\/fr\/news\/effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr\/","title":{"rendered":"Effet du traitement thermique sur la microstructure et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques du LPBF CuCrZr"},"content":{"rendered":"
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Alliage CuCrZr (C18150) <\/strong>est un alliage durcissant par pr\u00e9cipitation, connu pour ses propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques, thermiques et \u00e9lectriques \u00e9lev\u00e9es. Cet alliage est largement utilis\u00e9 dans les dispositifs d'\u00e9change de chaleur et dans le domaine de la fusion nucl\u00e9aire.<\/p>

\u00a0<\/p>

Alliage CuCrZr<\/strong> est un alliage tr\u00e8s int\u00e9ressant qui peut remplacer le cuivre pur dans de nombreuses applications, avec un taux de Cr compris entre 0,5 et 1,2 % en poids et un taux de Zr compris entre 0,03 et 0,3 % en poids. Il est en outre plus facile \u00e0 fabriquer que le cuivre pur, gr\u00e2ce \u00e0 la technologie de fabrication additive bas\u00e9e sur le laser, qui pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques sup\u00e9rieures et garantit une conductivit\u00e9 thermique suffisamment \u00e9lev\u00e9e pour \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e comme une alternative efficace au cuivre pur dans de nombreuses applications.<\/p>

\u00a0<\/p>

Pour les forg\u00e9s Alliage CuCrZr<\/strong>le recuit de mise en solution et le durcissement par vieillissement sont les principaux traitements thermiques qui peuvent \u00eatre effectu\u00e9s, tandis que le recuit de mise en solution peut \u00eatre omis dans le cas des alliages LPBF CuCrZr.<\/p>

\u00a0<\/p>

Recuit en solution<\/strong>: Ce traitement est effectu\u00e9 en chauffant le mat\u00e9riau dans une atmosph\u00e8re inerte protectrice (g\u00e9n\u00e9ralement Ar) au-dessus de 900\u00b0C pendant 30 minutes ou plusieurs heures. Le mat\u00e9riau est ensuite rapidement refroidi dans l'eau ou l'air pour sursaturer la matrice de cuivre en Cr et Zr. Dans le cas des pi\u00e8ces LPBF, ce traitement est d\u00e9j\u00e0 termin\u00e9 pendant le processus LPBF car le bain de fusion se refroidit suffisamment vite pour agir comme une trempe et produire une microstructure sursatur\u00e9e. Les pi\u00e8ces recuites par mise en solution sont tr\u00e8s souples et leurs propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques sont trop faibles pour \u00eatre consid\u00e9r\u00e9es comme un traitement thermique distinct.<\/p>

Durcissement par l'\u00e2ge<\/strong>: G\u00e9n\u00e9ralement, ce traitement suit le recuit de mise en solution et est effectu\u00e9 \u00e0 des temp\u00e9ratures plus basses pendant une p\u00e9riode plus longue (typiquement de 400\u00b0C \u00e0 600\u00b0C, jusqu'\u00e0 6 heures dans un environnement inerte (Ar, vide, N2 et parfois aussi dans une atmosph\u00e8re H2). Ce traitement est con\u00e7u pour permettre la pr\u00e9cipitation contr\u00f4l\u00e9e de phases interm\u00e9talliques dures dans des mat\u00e9riaux sursatur\u00e9s afin de produire des compos\u00e9s binaires ou ternaires de Cu, Cr et Zr.<\/p>

\u00a0<\/p>

Dans ce travail, seuls les le durcissement par l'\u00e2ge<\/strong> est \u00e9tudi\u00e9 avec une temp\u00e9rature fix\u00e9e \u00e0 550\u00b0C, trois dur\u00e9es diff\u00e9rentes ont \u00e9t\u00e9 v\u00e9rifi\u00e9es. L'objectif \u00e9tait de comprendre comment la dur\u00e9e du traitement thermique affecte le mat\u00e9riau et si le traitement de durcissement par vieillissement est applicable pour r\u00e9pondre aux exigences m\u00e9caniques du CuCrZr en utilisant la fabrication additive pour les composants des r\u00e9acteurs de fusion.<\/p>

\u00a0<\/p>

Les la composition chimique, la distribution de la taille des particules (DTS) et la forme des particules des poudres<\/strong> utilis\u00e9e dans cette \u00e9tude est pr\u00e9sent\u00e9e dans le certificat ci-dessous :<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Dans cette \u00e9tude, les \u00e9chantillons utilis\u00e9s pour l'enqu\u00eate ont \u00e9t\u00e9 imprim\u00e9s dans des g\u00e9om\u00e9tries proches de la forme d'un filet. L'\u00e9chantillon est ensuite usin\u00e9 afin d'\u00e9liminer la peau rugueuse et d'obtenir la g\u00e9om\u00e9trie correcte pour les essais de duret\u00e9.<\/p>

\u00a0<\/p>

L'optimisation des param\u00e8tres est effectu\u00e9e afin d'obtenir la plus grande densit\u00e9 d'\u00e9chantillons avec la combinaison de l'espacement de balayage (dans la plage de 0,06-0,1 mm), la vitesse du laser (de 350 \u00e0 650 mm\/s) et la puissance du laser maintenue \u00e0 370 W, la largeur de la bande fix\u00e9e \u00e0 5 mm et l'\u00e9paisseur de la couche fix\u00e9e \u00e0 0,03 mm pour toutes les couches. \u00c0 chaque couche, la direction des bandes change avec une rotation de 67\u00b0. Dans ce projet, l'orientation verticale est la m\u00eame que celle du b\u00e2timent. Diagramme en Figure 1<\/strong>:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 1. Sch\u00e9ma du processus de fabrication additive<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Quarante cubes (10 mm x 10 mm x 10 mm) ont \u00e9t\u00e9 fabriqu\u00e9s avec diff\u00e9rentes combinaisons d'espacement et de vitesse de balayage. Leur densit\u00e9 est ensuite mesur\u00e9e par la m\u00e9thode d'Archim\u00e8de.<\/p>

Les \u00e9chantillons tels que construits ont \u00e9t\u00e9 trait\u00e9s par trois vieillissement durcissement<\/strong> \u00e0 550 \u00b0C pendant 1 h, 3 h et 6 h dans une atmosph\u00e8re d'azote avec une pente de chauffage et de refroidissement de 150 \u00b0C\/h (refroidissement dans un four et dans une atmosph\u00e8re protectrice).<\/p>

\u00a0<\/p>

L'histogramme en Figure 2<\/strong> montre la densit\u00e9 relative moyenne de toutes les combinaisons des param\u00e8tres du processus d'\u00e9tude, mesur\u00e9e par la m\u00e9thode d'Archim\u00e8de. La densit\u00e9 de r\u00e9f\u00e9rence est \u00e9gale \u00e0 8,8869 g\/cm3. Cette valeur est ensuite utilis\u00e9e pour calculer la densit\u00e9 relative de l'\u00e9chantillon fabriqu\u00e9 additivement.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 2. Densit\u00e9 relative des \u00e9chantillons en fonction des param\u00e8tres du processus<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La densit\u00e9 relative la plus \u00e9lev\u00e9e (99,15 %) a \u00e9t\u00e9 obtenue en utilisant l'ensemble des param\u00e8tres suivants : puissance du laser 370 W, espacement de balayage (distance de hachurage) 0,07 mm, vitesse de balayage 450 mm\/s et largeur de bande 5 mm. Pour un espacement de balayage de 0,07 mm, il n'y a pas eu de changement significatif de la densit\u00e9 relative en fonction de la vitesse de balayage.<\/p>

Un espacement de balayage de 0,06 mm n'est pas bon pour la densit\u00e9, ce qui donne des valeurs de densit\u00e9 comprises entre 98 et 98,5 %. Cela peut \u00eatre d\u00fb \u00e0 une accumulation de chaleur entra\u00eenant une surchauffe qui r\u00e9duit la densit\u00e9 finale.<\/p>

\u00a0<\/p>

Figure 3<\/strong> montre la microstructure des \u00e9chantillons apr\u00e8s 1h et 6h de traitement de vieillissement. Elle montre qu'une dur\u00e9e de durcissement plus longue n'a pas alt\u00e9r\u00e9 les caract\u00e9ristiques microstructurales qui peuvent \u00eatre observ\u00e9es \u00e0 faible grossissement, dur\u00e9e de 1h compar\u00e9e \u00e0 la dur\u00e9e de 6h.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 3. Microstructures des \u00e9chantillons de 1h et 6h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 4<\/strong> montre des micrographies SEM de l'\u00e9chantillon 6h. De nombreuses particules circulaires peuvent \u00eatre observ\u00e9es (en particulier dans la figure 5c) dans les grains colonnaires, qui peuvent \u00eatre des particules nanodurcies. Un examen plus approfondi par EDS de ces pr\u00e9cipit\u00e9s de taille nanom\u00e9trique a montr\u00e9 qu'il s'agissait de petits pr\u00e9cipit\u00e9s de Cr ou de Zr de quelques nanom\u00e8tres \u00e0 50 nanom\u00e8tres uniform\u00e9ment dispers\u00e9s \u00e0 l'int\u00e9rieur du mat\u00e9riau.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 4 Images d'\u00e9lectrons secondaires MEB \u00e0 diff\u00e9rents grossissements apr\u00e8s vieillissement \u00e0 550 \u00b0C pendant 6 h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Des d\u00e9fauts ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 observ\u00e9s dans les \u00e9chantillons \u00e9tudi\u00e9s. Figure 5<\/strong> pr\u00e9sente certains d\u00e9fauts typiques des pi\u00e8ces obtenues par AM, tels que l'absence de fusion et la porosit\u00e9 cr\u00e9\u00e9e principalement par le pi\u00e9geage de gaz.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 5 D\u00e9fauts constat\u00e9s dans la section transversale de l'\u00e9chantillon LPBF tel qu'il a \u00e9t\u00e9 construit<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 6<\/strong> est la valeur de la microduret\u00e9 Vickers pour les \u00e9chantillons tels que construits et trait\u00e9s thermiquement. Il est facile de comprendre que la duret\u00e9 est plus faible dans les conditions de construction que dans les \u00e9chantillons vieillis : un vieillissement de 1 heure \u00e0 550 \u00b0C am\u00e9liore consid\u00e9rablement cette duret\u00e9 (165 HV, soit le double de la valeur de 84 HV des \u00e9chantillons construits). Apr\u00e8s 3 heures de vieillissement, la duret\u00e9 de l'\u00e9chantillon a commenc\u00e9 \u00e0 diminuer (144 HV en moyenne) et apr\u00e8s 6 heures de traitement, le mat\u00e9riau s'est encore ramolli, mais dans ce cas, il y a \u00e9galement eu une am\u00e9lioration par rapport \u00e0 l'\u00e9tat de construction. Cela signifie que la dur\u00e9e de 6 heures est trop longue, ce qui entra\u00eene un grossissement des pr\u00e9cipit\u00e9s. On peut constater qu'une heure est d\u00e9j\u00e0 efficace pour augmenter la duret\u00e9 du mat\u00e9riau par rapport aux conditions de construction. Cela signifie que le mat\u00e9riau a subi un vieillissement excessif apr\u00e8s 1 heure.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 6 Valeurs de microduret\u00e9 Vickers pour les \u00e9chantillons tels que construits et vieillis<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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En r\u00e9sum\u00e9, d'un point de vue m\u00e9canique, le traitement de vieillissement est prometteur pour l'am\u00e9lioration des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques de l'alliage LPBF CuCrZr. Mais il est n\u00e9cessaire d'effectuer des recherches pour trouver la combinaison optimale des propri\u00e9t\u00e9s de la poudre, des param\u00e8tres LPBF et du processus de vieillissement.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

CuCrZr (C18150) alloy is a precipitation-hardening alloy known for its high mechanical, thermal, and electrical properties. The alloy is widely used in heat exchange devices and in the field of nuclear fusion. \u00a0 CuCrZr alloy is a very attractive alloy that can replace pure copper in many applications, with Cr in the range of 0.5 […]<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"post_folder":[],"class_list":["post-8388","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8388"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8399,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions\/8399"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8388"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8388"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8388"},{"taxonomy":"post_folder","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/post_folder?post=8388"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}