Comportement en fatigue de pièces de Ti-6Al-4V obtenues par SLM et EBM : effet de la rugosité

Abstract

Les pièces de Ti-6Al-4V obtenues par SLM et EBM, souvent post-traitées par détensionnementet CIC, conservent un état de surface très rugueux qui réduit leur résistance en fatigue.L’utilisation de telles pièces pour des applications structurelles nécessite donc de comprendre et dequantifier l’effet de la rugosité sur les mécanismes d’amorçage de fissures en fatigue. Cette étude présenteune méthodologie à la fois expérimentale et numérique pour la prise en compte de l’effet de larugosité sur la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des pièces obtenues par fabrication additive.La microstructure lamellaire d’éprouvettes SLMet EBMtraitées par détensionnement et CIC aété caractérisée grâce à des observations au microscope optique et par EBSD. Les surfaces brutes defabrication présentent une rugosité spécifique que la confrontation de différentes méthodes de mesurede rugosité (observations de coupes 2D et profilométrie) a permis de la caractériser. Le rôle decet état de surface sur la résistance en fatigue a été identifié par des essais de fatigue uniaxiaux et multiaxiauxsur surface brute, usinée ou polie chimiquement. L’analyse systématique au MEB des faciès de rupture, pour chacun des lots, a permis d’identifier les défauts de surface à l’origine de l’amorçage.Des essais de fatigue complémentaires conduits sur éprouvettes SLM surface brute, couplés à des observations MEBet des mesures de désorientations intra-grains (KAM) en fond d’entaille, ont révélé laprésence de fissures microscopiques et de zones plastiques confinées. La dernière partie de ce travailpropose une approche numérique, fondée sur des calculs E.F., visant à quantifier l’effet de la surfacesur la résistance en fatigue. Les maillages ont été construits à partir de l’acquisition de la surface(coupes 2D ; profilométrie ; tomographie) et les calculs ont été conduits en élasticité et élastoplasticité.La criticité du champ de contrainte en fatigue a été évaluée au travers d’un paramètre intégrantles forts gradients de contrainte proche de la surface grâce à une prise de moyenne volumique et lesnombreux sites potentiels d’amorçage par une statistique de valeurs extrêmes.