Le 28 Septembre 2010

ENSMMBesançon

« Procédé MIM : Comparaison des qualités microstructurales de pièces

issues du MIM et des technologies plus traditionnelles »

Delphine AUZENE, Ingénieur Responsable du Département POUDRES

I. Présentation du CRITT-MDTS

II. Bref rappel sur la technologie MIM

III. Caractéristiques métallographiques :

Etude comparative sur le titane T40,

Etude comparative sur l’acier inoxydable 316L,

IV. Comparaison des caractéristiques mécaniques:

Pour l’acier 42CrMo4

Pour le titane grade 4

Pour l’inox 316L

V. Perspectives et Conclusion

Sommaire

Le CRITT-MDTS

Qualité Environnement Sécurité

ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001

AccrAccr ééditation COFRAC ESSAIS :ditation COFRAC ESSAIS :- 29.1 / matériaux métalliques : essais mécaniques- 29.2 / matériaux métalliques : détermination de la composition chimique des métaux ferreux et non ferreux- 29.4 / matériaux métalliques : essais physiques et physico-chimiques (1988)- 136 / essais sur implants orthopédiques (1996)- 100.1 / analyse des eaux résiduaires (2003)

AccrAccr ééditation COFRAC ETALONNAGE :ditation COFRAC ETALONNAGE :- Métrologie dimensionnelle pour instruments à cotes variables & instruments à cotes fixes

Homologations :Homologations :- Agréments Renault DiMat, SAFRAN,…

Nos compétences

Analyse et essais

• Essais mécanique• Essais de frottement• Essais climatiques et

de corrosion• Essais non destructifs• Analyse chimique• Analyse des eaux

résiduaires• Métallographique• Micro analyse• Métrologie

dimensionnelle• Métrologie des

températures• Contrôles de propreté

de surface

Plateforme technologique – R&D

• Plasma froid (activation de surface et CVD)

• Traitements thermiques• Dépôts physiques en

phase vapeur• Dépôts par projection

thermique• Dépôts par PTA• Métallurgie des poudres

(MIM)• Recherche

bibliographiques• Conception, simulation

E x p e r t i s e

CONSEIL

f o r m a t i o n

Interreg efface les frontièresInterreg doet grenzen vervagen

Union Européenne- Fonds Européen de Développement RégionalEuropese Unie – Europees FondsVoor Regionale Ontwikkeling

Projet inter-frontalier INTERREG IV

Le CRITT-MDTS travaille en collaboration avec le SIRRIS pour le développement du procédé PIM dans la région transfrontalière entre la Wallonie et la France.

Les thématiques sont :

Déliantage à l’eau,

Surmoulage,

Réalisation d’éprouvettes composites en bi-matière

Préparation du feedstock

Rappel sur la technologie MIM

1 2 3 4Presse d’injection Four de déliantage Four de frittage

30s 15h6h

Principe du frittage

Frittage par diffusion thermique

< Température de fusion

-20%

Pièce brune Pièce frittée

1000-1380°C et durée du palier de frittage

Ar / H 2 / N2

Elimination de la porosité ouverte

Elimination de la porosité fermée

Consolidation / densification / établissement de liaisons entre grains du solide divisé / élimination de la porosité

50-60% d(théorique)

94-99% d(théorique)

Etude métallographique

Deux nuances sont étudiées :

� le titane pur T40,

� l’acier inoxydable 316L

Trois procédés sont comparés :

� le forgeage,

� le laminage,

� la technologie MIM

Titane T40

Etude métallographiqueNuance titane T40

Taux de porosités : 0.80%Pas d’inclusion observée

5/68/9Taille de grain: -1/3

216HV1216HV1206HV1

Microstructure monophasée alpha (Attaque au réactif de Weck)

Métallurgie des poudresPièce laminéePièce forgée

Maillon estampé Profilé MIM

Gx200 Gx200 Gx200

Acier inoxydable 316L

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Fibrage et inclusions

Taille de grain: -/4

148HV1

Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)

Pièce forgée

Came estampée

Gx200Gx50

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)

Fibrage et inclusion

Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens long)/10 (sens travers)

Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)

Pièces laminées

Profilé

Gx200

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Sens travers

Gx200

Gx50

Sens long

Au bord

A coeur

Gx50

Gx200

233HV1246HV1

Taille de grain : 6 (bord) / 9 (coeur)Taille de grain : 6 (bord) / 9 (coeur)

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)

Fibrage et inclusion

Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens long)/10 (sens travers)

Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)

Pièces laminées

Goupille : 1.2 mm de diamètre

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Sens travers

Gx200

Gx50

Sens long

Au bord

A coeur

Gx50

Gx200

354HV1 324 HV1

Taille de grain : - (bord) / 6 (coeur) Taille de grain : - (bord) / 10 (coeur)

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)

Taux de porosités : 0.13%

6/7

127HV1

Métallurgie des poudres (MIM)

Gx50 Gx200

Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L

Fibrage et inclusion Taux de porosités : 0.13%Fibrage et inclusions

6/7Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens

long)/10 (sens travers)Taille de grain: -/4

127HV1

Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)

Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)

148HV1

Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)

Métallurgie des poudresPièces laminéesPièce forgée

Came estampée Profilé MIMGoupille

G x 200

Etude mécanique

Trois nuances sont étudiées :

� L’acier 42CrMo4

� le titane pur grade 4,

� l’acier inoxydable 316L

Deux procédés de fabrication :

� laminage

� MIM

42CrMo4

Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques du 42CrMo4 selon la technologie de mise en oeuvre et le

traitement thermique

500

1014,3

1082,5

273,7

926,7

777

0

200

400

600

800

1000

1200

42CrMo4brut de frittage

42CrMo4fritté trempé revenu

42CrMo4 issu de la métallurgie traditionnelle trempé

revenu

Mpa

Rm (Mpa)

Rp0,2 (Mpa)

750 Mpa Valeur min, du Rp0,2 suivant la norme en vigueur pour le 42CrMo4 trempé revenu

1000 Mpa Valeur min, du Rm suivant la norme en vigueur pour le 42CrMo4 trempé revenu

42CrMo4 fritté trempé revenu : Gx100

42CrMo4 fritté issu du MIM :

Gx100Structure ferrito-perlitique

Martensitique revenue

Avec attaque

chimique

Taille de grain=5-6 Dureté =133 HV30

Taille de grain=10-11 Dureté =350 HV30

Etude métallographique

Titane grade 4

Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques du titane grade 4 selon la technologie de mise en oeuvre

603

639

452,7

508

0

100

200

300

400

500

600

700

Titane grade 4 brut de frittage

Titane grade 4 issu de la métallurgie traditionnelle

MP

a Rm (Mpa)

Rp0,2 (Mpa)

480 Mpa : valeur mini pour le Rp0,2

550 Mpa : valeur mini pour le Rm

Acier inoxydable 316L

Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques de l'inox 316L selon la technologie de mise en oeuvre

533,8

665,5

514,5

267

490

258,5

0

100

200

300

400

500

600

700

316L Abrut de frittage

316Lissu de la métallurgie traditionnelle

316L Sbrut de frittage

MP

a

Rm (Mpa)

Rp0,2 (Mpa)

Limite min, du Rp0,2 donnée par la norme en vigueur

Limite min, du Rm donnée par la norme en vigueur

Conclusion

• Métallurgiquement:

•Le titane T40 MIM présente des caractéristiques métallurgiques en terme de taille de grain et de duretéproche des pièces laminées. La pièce forgée présente pour la même nuance une taille de grain plus grossière.

•L’acier inoxydable 316L montre la présence d’inclusions et de fibrage pour les pièces forgées et laminées avec pour les pièces laminées une orientation du grain.

• Mécaniquement :• Le 42CrMo4 après traitement thermique présente

des caractéristiques mécaniques dans les tolérances normatives et aurait tendance àsurpasser le 42CrMo4 laminé (Rp0.2%)

• Le titane pur grade 4 est proche d’un titane laminé• Les propriétés mécaniques (Rm et Rp0.2%) pour

le 316L sont en dessous des valeurs normalement obtenues pour des pièces laminées, cependant elles respectent les valeurs minimales normatives

Conclusion

En conclusion, - La métallographie et les essais mécaniques montrent

que le procédé technologique de Metal Injection Moulding est compétitif pour la réalisation de pièces techniques de qualité.

En perspective, - L’étude comparative pourrait être complétée avec des

pièces issues de la fonderie et de la métallurgie des poudres conventionnelles

Conclusion

MERCI POUR VOTRE ATTENTIONet rendez vous sur le site:

www.gf-pim.fr

Planning de conférences 2010

Matériaux 2010 (Nantes): du 18 au 22/10/2010Procédés innovants de fabrication et de fonctionnalisation du titane implantable: évaluation biologique et physico-chimique

EPMA PM2010 (Florence): du 11 au 14/10/2010Water Solvent debinding for PIM Parts