Magazine Mardi 29 septembre 2020 - 11:59

Un nouvel acier de mécanicien - la nuance 32CDV13

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Le CETIM & VOLUM-e se sont associés pour étendre le champ applicatif de la fabrication additive en développant l’acier 32CDV13. Cet acier, très souvent nitruré pour renforcer sa surface, est couramment utilisé pour produire des éléments mécaniques fortement sollicités tels que des engrenages, des bagues de roulement, des pièces de précision dans de très nombreux domaines dont l’aéronautique et la mécanique générale.

Christophe Grosjean, chef de projet en fabrication additive au Cetim, et Éric Baustert, responsable R&D chez VOLUM-e

La fabrication additive métallique se heurte actuellement à de nombreux freins, et en particulier à un choix restreint d’alliages, principalement constitué du quatuor de familles suivant : aciers inox, aluminiums, titanes et base nickel. Des problématiques particulières s’appliquent dans la famille des aciers. De nombreux alliages se révèlent peu soudables et donc difficiles à mettre en œuvre. Cela limite généralement la fabrication additive aux aciers peu alliés (à faible taux de carbone). Pour lever un pan de ce frein technologique, VOLUM-e s’est associé au CETIM pour étudier la mise en œuvre d’un alliage à plus fort taux de carbone : le 33CrMoV12-9, aussi connu sous son ancienne désignation « 32CDV13 ».

Paramétrage et caractérisation

Spécialiste de la fusion laser sur lit de poudre (PBF-LB), VOLUM-e a produit, pour cette étude, des éprouvettes avec une paramétrie développée en interne, notamment avec une température élevée de la plateforme de fusion. Une procédure a également été mise en place pour assurer une protection de l’alliage à la corrosion pendant les phases de post traitement. Plusieurs configurations de traitement thermique ont été testées :

  • • l’état brut de fabrication additive,
  • • l’état trempé – revenu.

Le CETIM a pris en charge les analyses et essais mécaniques pour la caractérisation du matériau. Les performances ont été comparées avec un produit de même nuance, laminé et traité thermiquement simultanément.

Structure et performance

L’analyse chimique réalisée sur cette production a montré la proximité du métal fusionné avec la norme aéronautique EN 3527 Série aérospatiale – Acier FE-PL1504 (33CrMoV12) ainsi qu’avec la norme générale NF EN 10085 sur les aciers pour nitruration. L’analyse micrographique a elle aussi montré une microstructure martensitique après trempe-revenu typique de cette nuance. Un taux de porosité faible, aux alentours de 0,1 %, a également été observé. Les micrographiques ont aussi démontré l’aptitude des pièces réalisées en fabrication additive à la nitruration, ne montrant pas de différence notable avec le produit référence. Ces résultats ont été confirmés par des profils de dureté.

Du point de vue mécanique, les performances à l’état brut ont largement excédé les exigences normatives et les performances du produit laminé. Toutefois, la présence d’importantes contraintes résiduelles ne permet pas de conserver cet état métallurgique en service. Après un traitement usuel de trempe et revenu, les performances mécaniques restent élevées et légèrement supérieures au produit laminé. Elles sont largement conformes voire dépassent les critères normatifs retenus. Les contraintes résiduelles issues de la fabrication ont quant à elles été totalement relaxées.

Enfin, un démonstrateur produit a validé la possibilité de fabriquer des pièces de géométrie complexe. Il a notamment été démontré la possibilité de réaliser des canaux internes. En outre, l’état de surface mesuré est courant pour ce procédé. Aucune fissuration ni déformation particulière n’a été observée. 

Production et perspectives

Cette étude conjointe du CETIM et de VOLUM-e a mis en avant la possibilité réelle d’utiliser l’acier 32CDV13 pour la production de pièces par fusion laser sur lit de poudre. Cette nouvelle nuance offre des possibilités supplémentaires pour l’industrie. De surcroît, la capacité de l’alliage à être nitrurée, permet d’envisager des applications avec des contraintes mécaniques particulièrement sévères. Enfin, cela permet d’ouvrir la voie à l’utilisation d’autres aciers au carbone.

VOLUM-e fabrique aujourd'hui une pièce dans cet alliage 32CDV13 pour Safran Transmissions Systems qui se charge ensuite de l'usinage. Plusieurs autres projets autour de ce matériau sont en cours notamment pour un autre industriel resté confidentiel.

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