Cette étude aura donc pour objectif principal la caractérisation précise de l’influence des micro-retassures sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles de l’acier G20Mn5. Pour cela :
• Une gamme des lingots et de pièces de nuance G20Mn5, de différentes tailles et épaisseurs seront produits par Safe Metal afin de générer un éventail de microstructures comportant des micro-retassures plus ou moins grandes et nombreuses.
• Le prélèvement des éprouvettes et échantillons devra prendre en compte les deux modes de solidification colonnaire et équiaxe.
• Une étude métallographique avancée couplée à des essais mécaniques monotones permettra la caractérisation fine de ces différentes microstructures.
• Des caractérisations en tomographie RX seront conduites sur des échantillons avant et après sollicitation de fatigue. Elles ont pour objectif de bien identifier les populations de défaut et de connaître le défaut critique à l’origine de la rupture en fatigue.
• Des essais de fatigue seront réalisés suivant différents modes de chargements (traction et torsion) dans le domaine polycyclique. Les résultats des essais seront dépouillés avec finesse et les faciès de rupture seront observés afin d’étudier les processus d’amorçage et de propagation des fissures. La connaissance du comportement en fatigue pour ces deux chargements permettra l’identification d’une approche en fatigue adaptée au dimensionnement de composants soumis à des chargements très variés.
En parallèle, des éprouvettes de « référence » seront fabriquées :
• La compression isostatique à chaud (HIP) sera utilisée afin de produire une microstructure sans porosité et ainsi caractériser la matrice « seule ».
• Des défauts artificiels contrôlés seront introduits à la surface d’éprouvettes afin d’étudier l’effet de forme des porosités.
Le laboratoire LAMPA, fort de son expérience dans le domaine de la fatigue des matériaux métalliques issus de fabrication additive et de fonderie [9-11], mettra à disposition ses moyens d’essais, les méthodes numériques et les approches probabilistes développées récemment. Il s’agira en particulier d’utiliser toutes les données issues de la campagne d’essais pour construire un diagramme de type Kitagawa représentant la dépendance de la réponse en fatigue à la taille du défaut critique. La sensibilité au mode de chargement pourra également être analysée. Ce diagramme constituera un élément indispensable dans la mise en place d’une nouvelle approche de dimensionnement des pièces produites par Safe Metal.
L’étude proposée est donc à forte dominance expérimentale mais le but poursuivi est celui de la mise en place d’une démarche de dimensionnement propre aux applications de Safe Metal. Les travaux seront conduits la majeure partie du temps à Angers au LAMPA. Le doctorant devra néanmoins séjourner à plusieurs reprises au sein de l’entreprise Safe Metal notamment pour assurer le suivi de la fabrication des échantillons et le transfert de l’approche de dimensionnement construite. Il pourra également être amené à réaliser des travaux dans d’autres laboratoires partenaires si des analyses (e.g. tomographie RX) ne peuvent être conduites avec les équipements à disposition dans le laboratoire. L’étudiant sera intégré au service R&D de Safe Metal, basé à la fonderie Castmetal à Feurs (42). Des thèmes complémentaires pourront être traités au cours de l’étude, en lien avec d’autres projets en cours dans le service R&D.
