Analyse approfondie de l’acier allié 24CrNiMo formé par fusion laser sélective : relations procédé-microstructure-propriétés

Date de sortie : 10 avril 2026

La fusion sélective par laser (SLM), technologie de fabrication additive métallique de haute précision, s’étend progressivement des alliages de titane et des superalliages à une gamme plus large d’alliages techniques. Une étude récente publiée dans Journal chinois des lasers ont étudié de manière systématique les effets des paramètres du procédé SLM sur la microstructure et les propriétés mécaniques de acier allié 24CrNiMo (un matériau essentiel couramment utilisé pour les disques de frein des trains à grande vitesse), fournissant des bases techniques importantes pour ses applications d’ingénierie.

1. Microstructure unique du 24CrNiMo formé par SLM

L’étude a révélé que l’acier allié 24CrNiMo formé par SLM présente une caractéristique typique microstructure composite biphasée:

• Martensite trempée: Servant de phase matricielle, sa structure en lattes est extrêmement fine, avec une largeur moyenne de seulement 50 nm. Ceci est un résultat direct des taux de refroidissement ultra-élevés (10²~10⁶ K/s) inhérents au processus SLM.
• Austénite résiduelle: Présents en petites quantités sous forme de structures insulaires au sein de Zone affectée par la chaleur (ZAC). Son mécanisme de formation est le suivant : la chaleur des couches nouvellement déposées réchauffe les couches solidifiées sous-jacentes à des températures supérieures à la température d’austénitisation, et lors d’un refroidissement rapide, cette austénite est conservée.

Cette microstructure, renforcée par des mécanismes à grains fins et de transformation de phase, constitue le fondement de ses excellentes propriétés mécaniques.

2. Le rôle crucial des paramètres de procédé : le compromis entre densité et dureté

La puissance du laser (P) et la vitesse de balayage (v) sont deux variables clés qui déterminent la qualité finale de la pièce. Elles influencent la microstructure et les propriétés en régulant la densité d’énergie apportée, produisant ainsi des effets distincts.

• Effet sur la densitéAugmenter la puissance du laser ou diminuer la vitesse de balayage accroît le volume du bain de fusion et améliore la fluidité du métal en fusion, réduisant ainsi efficacement les pores dus à un manque de fusion. Des expériences ont montré que pour des paramètres de 320 W / 750 mm/s, la densité a atteint une valeur maximale de 99,93%.
• Effet sur la microdureté et la résistanceCependant, un apport énergétique excessif est une arme à double tranchant. Il réduit la vitesse de refroidissement et soumet les couches précédemment formées à des effets de cyclage thermique plus importants, ce qui entraîne :
  1. Grossissement des lattes de martensite revenue (de 50 nm à 200 nm).
  2. Élargissement de la zone affectée par la chaleur.
     Ces deux facteurs agissent de concert pour provoquer le La dureté et la résistance du matériau diminuent avec l’augmentation de l’énergie fournie..

3. Optimisation des propriétés mécaniques et analyse du comportement à la rupture

L’équipe de recherche a testé les propriétés de traction sous différents paramètres de processus et les a comparées à celles de l’acier allié coulé traditionnel :

• Performance globale optimale: Sous le paramètre de 320 W / 950 mm/s, l’échantillon a atteint la meilleure combinaison résistance-ductilité :
  • Résistance à la traction: 1362 MPa
  • limite d’élasticité : 1252 MPa
  • Élongation: 16,2%
• Comparaison avec le matériau de moulageÀ titre de référence, l’acier 24CrNiMo coulé présentait une résistance à la traction de 1157 MPa, une limite d’élasticité de 1034 MPa et un allongement de 15,4 %. Ceci démontre clairement que, dans les limites du procédé SLM approprié, les pièces formées présentent les propriétés suivantes : propriétés mécaniques globales nettement supérieures à celles des matériaux coulés.
• Mécanisme de fractureL’analyse des surfaces de rupture a révélé l’origine de son excellente ductilité. Lors des essais de traction, les microfissures amorcées dans la martensite revenue, à haute résistance mais fragile, sont freinées dans leur propagation vers la zone affectée thermiquement (ZAT), riche en austénite résiduelle. Ceci s’explique par le fait que l’austénite à structure cubique à faces centrées (CFC) possède davantage de systèmes de glissement, absorbant efficacement l’énergie et retardant la propagation des fissures, ce qui garantit une bonne ductilité.

Conclusion

Cette étude a non seulement permis de réaliser avec succès un formage SLM de haute qualité de l’acier allié 24CrNiMo, mais, plus important encore, a établi un «processus-microstructure-propriété« Chaîne de relations. En contrôlant précisément l’apport d’énergie laser, on obtient une microstructure idéale composée de martensite revenue ultrafine et d’une quantité appropriée d’austénite résiduelle, tout en garantissant une densité élevée. Il en résulte des performances mécaniques globales supérieures aux procédés de fonderie traditionnels. Ceci ouvre des perspectives importantes pour le développement de la technologie SLM dans la fabrication de composants en acier complexes et hautes performances, notamment pour le transport ferroviaire et les équipements énergétiques. »

À propos Forgecise

Forgecise est un innovateur dans le domaine de la fabrication additive, spécialisé dans les équipements, les matériaux et les solutions logicielles d’impression 3D métal haute performance pour la fabrication industrielle.