De multiples essais ont été menés en laboratoire pour attester les qualités mécaniques du procédé SOTIMECO, essais quasi-statiques et essais de fatigue uni-axiale.

Les éprouvettes sont composées des deux matériaux, 56SC7 et 17-4PH. Elles sont symétriques et le joint d’interface est perpendiculaire à la direction de traction. Elles ont été réalisées à partir de lames de 56SC7 (trempé ou non trempé) sur lesquelles du 17-4PH a été déposé par fabrication additive sur la tranche.

Deux types d’essais mécaniques ont été réalisés, des essais de traction quasi-statique et des essais de fatigue cyclique. Les essais de traction quasi-statique ont été réalisés sur une machine de traction compression de 100 kN de marque MTS, ceux de fatigue sur une machine de type vibrophore de marque Zwick.

Essais quasi-statiques

Des essais quasi-statiques ont été réalisés sur deux types d’éprouvettes. Les éprouvettes sont issues de barres de 56SC7 trempé avec un dépôt de 17-4PH. Pour le premier type, le 17-4PH est brut de fabrication (Rm = 950 MPa et Rp0.2 = 720MPa)[11]. Le second type, un traitement H900 a été appliqué ce qui donne les caractéristiques suivantes, Rm > 1100 MPa et Rp0.2 > 950MPa.

Les résultats de ces essais ont permis de déterminer la zone de rupture ainsi que la contrainte à rupture.

La zone de rupture est située au centre de l’éprouvette, ce qui montre que le design de l’éprouvette permet de concentrer les contraintes au centre.

La contrainte à rupture Rm pour le premier type d’éprouvette était de 970 MPa et la limite d’élasticité Rp0.2 de 670MPa (cf. Figure 3). Ces contraintes sont très proches des limites du matériau 17-4PH, ce qui montre que la liaison est aussi résistante que le matériau le plus faible. Nous observons la même chose sur l’éprouvette traitée H900, où la contrainte à rupture est de 1 090 MPa.

Essais de fatigue uni-axiale

Les essais de fatigue ont d’abord été réalisés sur deux types de matière. Le premier avec une lame de 56SC7 qui n’était pas trempée avant le dépôt 17-4PH, et le second avec une lame de 56SC7 qui était trempée au préalable. Les éprouvettes issues de la lame trempée ont la dénomination V2-T et celles issues de la lame non trempée V2-N. Dans le but de mettre en place un process le plus répétable possible, les éprouvettes V2-T sont issues d’une même barre et la partie additive a été ajoutée en une seule fois. Il en est de même pour les éprouvettes V2-N.

Dans les deux cas, la méthode de l’escalier [12] a été choisie afin de déterminer la contrainte permettant d’atteindre une durée de vie de 1 million de cycles. Chaque série d’essais consiste à utiliser 2-3 éprouvettes afin de déterminer de façon approximative la contrainte entraînant la rupture de l’éprouvette à 1 million de cycles. Ensuite, des essais sont réalisés avec la méthode de l’escalier. Les résultats de ces essais sont rassemblés dans les tableaux suivants.

Tableau 1 : Essai de fatigue sur éprouvettes V2-T. (X signifie une rupture, O signifie une éprouvette non rompue)

Tableau 2 : Essai de fatigue sur éprouvettes V2-N. (X signifie une rupture, O signifie une éprouvette non rompue)

Le bilan de ces essais après analyse nous donne une limite d’endurance à 1 million de cycles. Pour les éprouvettes issues de la lame trempée, la limite d’endurance en contrainte maximale de 329,5 ± 30 MPa et pour les lames non trempées, une contrainte d’endurance maximale à 1 million de cycles de 468 ± 24 MPa.

Il est à noter que la précision est moins importante pour les lames trempées, car le nombre d’essais est plus faible. La différence entre ces deux séries d’éprouvettes est relativement importante (+ 41 %). Plusieurs analyses ont été réalisées pour expliquer cette différence – cartographie de dureté et microscopie optique et électronique.

En analysant les micrographies suivantes, il est clairement visible que des fissures sont créées au niveau des interfaces pour les deux types d’éprouvettes. Cependant, les fissures au sein des éprouvettes V2-T sont plus importantes en taille et en nombre par rapport aux éprouvettes V2-N. Plusieurs micrographies ont été réalisées et ont validé ce constat. La métallurgie pendant la dépose de la première couche par fabrication additive joue un rôle important pour la durée de vie des structures ainsi créées.

Micrographie 1 : Micrographie éprouvette V2-N non testée

Micrographie 2 :Micrographie éprouvette V2-T non testée