Le post-traitement dans un four de traitement thermique à haute température est strictement requis pour corriger les instabilités structurelles créées lors du processus de fusion sélective par laser (SLM). Étant donné que le SLM implique une fusion et une solidification rapides, les pièces résultantes présentent des niveaux élevés de contraintes résiduelles et des microstructures inégales qui doivent être normalisées par des cycles de chauffage et de refroidissement précis.
Le processus SLM crée un état de « solidification rapide » qui emprisonne les contraintes internes et les phases métallurgiques nocives. Le traitement thermique à haute température réinitialise la structure du matériau, dissout ces défauts et précipite les phases de renforcement pour obtenir des performances qui dépassent souvent celles des pièces coulées traditionnelles.
La conséquence de la solidification rapide
Accumulation de contraintes résiduelles
Le processus SLM construit les pièces couche par couche à l'aide d'un laser de haute énergie. Cela provoque la fusion et la solidification quasi instantanées du métal. Ce cycle thermique extrême génère d'importantes contraintes résiduelles à l'intérieur de la pièce, ce qui peut entraîner une déformation ou une défaillance si elles ne sont pas soulagées.
Inhomogénéité microstructurale
La vitesse de solidification empêche les éléments de l'alliage de se mélanger uniformément. Il en résulte des inhomogénéités microstructurales, ce qui signifie que la composition chimique et la structure cristalline varient de manière inégale dans la pièce.
Mécanismes d'amélioration des matériaux
Dissolution des phases nocives
Dans l'état « tel que construit », les alliages à base de nickel contiennent souvent des formations nuisibles, telles que la phase de Laves. Le four de traitement thermique fournit l'énergie thermique nécessaire pour dissoudre ces phases fragiles dans la matrice.
Promotion des phases de renforcement
Une fois les phases nocives dissoutes, le processus de vieillissement spécifique commence. Des temps de maintien précis permettent la précipitation des phases de renforcement. Ce changement métallurgique est responsable des propriétés mécaniques supérieures de l'alliage.
Homogénéisation par diffusion
Les hautes températures facilitent la diffusion élémentaire. Les atomes migrent au sein du métal solide pour égaliser les fluctuations chimiques, créant ainsi une structure stable et uniforme (homogénéisée).
Considérations opérationnelles et compromis
La nécessité d'un contrôle environnemental
Vous ne pouvez pas effectuer ce traitement à l'air libre. Pour éviter l'oxydation à ces températures élevées, le four doit utiliser un environnement contrôlé ou un gaz protecteur en circulation.
Précision du cycle de refroidissement
Les avantages du traitement thermique dépendent fortement de la manière dont la pièce est refroidie. Qu'il s'agisse d'un refroidissement au four ou à l'air, la vitesse doit être strictement contrôlée pour conserver les propriétés souhaitées du matériau sans réintroduire de contraintes.
Faire le bon choix pour votre objectif
Pour maximiser les performances de vos pièces en alliage de nickel SLM, alignez votre stratégie de traitement thermique sur vos exigences mécaniques spécifiques :
- Si votre objectif principal est la durabilité : Assurez-vous que votre cycle comprend une période d'homogénéisation suffisante pour éliminer complètement les contraintes résiduelles et prévenir les défaillances prématurées.
- Si votre objectif principal est la résistance mécanique : Privilégiez des cycles de vieillissement précis qui maximisent la précipitation des phases de renforcement pour dépasser la dureté des pièces coulées.
Maîtriser le traitement thermique post-processus n'est pas une étape facultative ; c'est le pont entre une forme imprimée et un composant fonctionnel et performant.
Tableau récapitulatif :
| Défi du post-traitement | Solution de traitement thermique | Bénéfice matériel résultant |
|---|---|---|
| Contraintes résiduelles | Décharge thermique des contraintes | Prévient la déformation et la fissuration de la pièce |
| Phases de Laves nocives | Traitement de dissolution | Dissout les phases fragiles dans la matrice |
| Inhomogénéité microstructurale | Diffusion élémentaire | Crée une structure chimique stable et uniforme |
| Faible résistance mécanique | Précipitation contrôlée (vieillissement) | Favorise les phases de renforcement pour une dureté supérieure |
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Références
- Alexey Mazalov, Nikita Schulz. Researching the Properties of Samples Fabricated Using Selective Laser Melting from A High-Temperature Nickel-Based Alloy. DOI: 10.3390/app11041419
Cet article est également basé sur des informations techniques de Kintek Solution Base de Connaissances .
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