Thèses et post-doctorats en cours
Prévision des propriétés mécaniques de superalliages base nickel en fonction de leur microstructure
Marco PANELLA, thèse OPALE, institut P’-CEMEF, 2017 –
Cette thèse vise à décrire les relations microstructure métallurgique / propriétés mécaniques au moyen de modèles analytiques enrichis de variables internes physiquement motivées. Les enjeux applicatifs sont de prédire le comportement mécanique d’une pièce en fonction des éléments microstructuraux la caractérisant et/ou d’adapter les gammes de traitements thermomécaniques pour atteindre si possible les propriétés requises. Ce sujet est central dans le bouquet d’études réalisées au sein de la chaire OPALE. En effet, des études en cours au CEMEF visent à décrire l’évolution des grandeurs microstructurales (taille de grains, densité de dislocations, topologie des secondes phases, densité de macles, …) en fonction des conditions thermomécaniques de mise en forme. Les analyses et modèles métallurgiques ainsi développés, constitueront le moyen de prédire la microstructure en tout point d’une pièce forgée. En parallèle, d’autres études menées à l’Institut Pprime sont dédiées à l’analyse des mécanismes de déformation et/ou d’endommagement aux échelles granulaire et sub-granulaire. Les sollicitations appliquées sont alors les plus représentatives possible des conditions d’usage des alliages en service (domaine de température, fatigue / fluage, …). La présente thèse a pour objectif de prédire les propriétés mécaniques associées à une microstructure (grains / précipitations) par le développement d’un modèle décrivant les modes de déformation (glissement plastique intra / intergranulaire) en intégrant les variables internes utilisées pour simuler l’évolution de la microstructure en mise en forme. L’idée maîtresse est de construire ainsi le chainon manquant pour la prédiction du comportement mécanique d’une pièce en fonction de ses conditions de mise en forme.
Le travail de thèse sera essentiellement tourné autour de développements en modélisation et simulation. Des analyses expérimentales complémentaires nécessaires à l’identification des modèles seront également réalisées. Les lignes directrices de ce projet sont :
• Synthétiser et compléter les données établies concernant l’influence des paramètres microstructuraux sur les conditions de mise en forme et les propriétés d’usage.
• Faire un bilan des modèles analytiques intégrant des paramètres physiques métallurgiques soit « en sortie » (modèle de mise en forme) soit « en entrée » (propriétés d’usage).
• Proposer un modèle de comportement mécanique visant à intégrer des grandeurs métallurgiques accessibles par l’analyse microstructurale quantitative (microscopie électronique, EBSD, …) et par la simulation des conditions de traitements thermomécaniques et/ou thermiques (taille de grains, taux de macles, précipitation secondaire (fraction, taille), …
• Simuler le comportement mécanique d’agrégats cristallins dont le squelette granulaire sera issu de simulations réalisées au CEMEF (calculs d’agrégats polycristallins, plasticité cristalline).
• Objectif final : Préconiser un chemin de traitements thermomécaniques et thermiques pour optimiser un alliage vis-à-vis de conditions d’usage précises : réaliser ce traitement et évaluer les propriétés mécaniques induites. Analyse critique du modèle proposé.