Les mécaniciens peuvent désormais compter sur une nouvelle nuance d’acier pour fabriquer par fusion laser de lit de poudre des pièces pouvant être traitées par nitruration.

La liste des aciers utilisés en fabrication additive s’enrichit d’une nouvelle nuance. Dans le cadre de travaux de R&D pour le compte des industriels français, le Cetim a en effet caractérisé l’acier 33CrMoV12 pour la fabrication de pièces par fusion laser de lit de poudre. Grâce à son taux de carbone élevé et à sa capacité de nitruration, cet acier offre des caractéristiques mécaniques intéressantes et ouvre la voie à des applications nouvelles, notamment dans le domaine des transmissions. Ce matériau vient ainsi compléter les trois aciers couramment utilisés en fabrication laser de lit de poudre : les aciers inoxydables X2CrNiMo17-12-2 (316L) et X5CrNiCuNb16-4 (17-4PH), et l’acier X2NiCoMo18-9-5 (maraging 300).

Une batterie de tests

Si ces trois aciers sont facilement soudables en raison de leur taux de carbone peu élevé (de l’ordre de 0,05%), ce n’est pas le cas de la nuance 33CrMoV12, dont le pourcentage de carbone peut avoisiner 0,36%. Pour ce type de matériau, il est alors nécessaire de préchauffer la poudre avant la fusion laser, ce qui alourdit la gamme de fabrication. Et, surtout, si certaines machines de fabrication additive intègrent un dispositif de préchauffage, le plus souvent la température fournie n’est pas suffisante : de l’ordre de 200°C pour 500°C recherchés. Afin de limiter, voire supprimer, cette opération, l’une des solutions consiste à définir avec précision les paramètres de fusion laser.
L’étude du Cetim a été conduite en collaboration avec le spécialiste du prototypage et de la fabrication additive de polymères et de métal, Volum-e, à Blangy-sur-Bresle (Seine-Maritime). Cette entreprise a en effet acquis une expérience sur la mise en œuvre de l’acier étudié.
Les deux partenaires ont réalisé des éprouvettes et un démonstrateur par fusion laser dans l’acier étudié, en paramétrant finement le procédé. Le Centre a poursuivi les travaux en passant au crible les pièces : analyse chimique du matériau, taux de porosité, contraintes résiduelles, influence du traitement thermique sur la tenue mécanique (traction et flexion), aptitude à la nitruration, tenue en fatigue, etc.
Le bilan de ces travaux montre que l’acier 33CrMoV12 peut être mis en œuvre par fusion laser de lit de poudre avec des performances mécaniques supérieures à celles du même acier à l’état laminé. Son aptitude à la nitruration étend son champ d’utilisation à des pièces fortement sollicitées en surface.