Soutenance de thèse de Marion Roth

Extension d’un modèle de recristallisation dynamique discontinue à champ-moyen vers les hautes vitesses de déformation sur un acier 316L

Marion Roth a réalisé sa thèse dans l’équipe MSR sous la direction de Marc Bernacki et Nathalie Bozzolo. Elle soutient sa thèse de doctorat en spécialité doctorale “Mécanique Numérique et Matériaux” le 6 février 2024 devant le jury suivant :

– Laurent DELANNAY, UCL, Belgique

– Roland LOGE, EPFL, Suisse

– Frank MONTHEILLET, Mines Saint Etienne, Laboratoire Georges Friedel

– Julien FAVRE, Mines Saint Etienne, Laboratoire Georges Friedel

– Marc MORENO, Transvalor

– Nathalie BOZZOLO, Mines Paris – PSL, CEMEF

– Marc BERNACKI, Mines Paris – PSL, CEMEF

– Baptiste FLIPON, Mines Paris – PSL, CEMEF

– Aurélien HELSTROFFER, Framatome

– Emmanuel RIGAL, CEA, Liten

Résumé :

Afin d’obtenir des pièces d’une géométrie spécifique, les alliages métalliques subissent diverses étapes de mise en forme. Ces étapes successives, composées classiquement de déformations mécaniques et de traitements thermiques, ont un impact significatif sur la microstructure et contribuent grandement aux propriétés mécaniques du produit fini. Il est donc d’intérêt industriel de maîtriser ces évolutions microstructurales résultant de différents phénomènes tels que la croissance des grains, la recristallisation dynamique ou la recristallisation post-dynamique.
Pour répondre à ce besoin, des modèles de prédiction des évolutions de ces microstructures, basés sur la physique des phénomènes impliqués, ont été développés. Deux grandes familles de modèles d’évolution microstructurale existent dans la littérature : les modèles à champ-complet, où la microstructure est explicitement représentée avec une prise en compte intrinsèque de la topologie, et les modèles à champ-moyen, où la microstructure est représentée de manière implicite. Parmi ces modèles, celui de Maire et al. propose une approche hybride associant une approche topologique utilisée dans la création d’un voisinage spécifique pour chaque classe de grains à une description statistique de la microstructure reposant sur une distribution de classe de grains. Ce modèle a été proposé et validé pour une plage restreinte de vitesses de déformation (0,01 – 0,1 s-1). Cependant, les vitesses de déformation usuellement rencontrées dans les procédés industriels dépassent souvent très largement ces valeurs.
Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été d’améliorer et de valider ce modèle pour chacun des phénomènes métallurgiques cités, et de proposer un modèle valide sur une plage de vitesses de déformation étendue de 0,01 s-1 à 500 s-1 pour un acier inoxydable austénitique 316L. Pour ce faire, des essais expérimentaux interrompus de traitements thermiques et de compressions à chaud ont été réalisés. Les microstructures obtenues ont été analysées grâce à des données obtenues par MEB/EBSD. Pour chacun des phénomènes microstructuraux en présence, le modèle a été comparé aux données expérimentales ainsi qu’à des modèles de la littérature. Les limites de la formulation du modèle pré-existant ont été identifiées, puis des modifications et ajouts ont été proposés. Une nouvelle méthode associée à la description de la germination a été implémentée puis validée sur différents chemins thermomécaniques. Cette nouvelle méthode conserve l’approche hybride voisinage topologique / représentation statistique de la microstructure mais enrichit la description de la recristallisation dynamique en considérant l’apparition de distributions de grains recristallisés dans la microstructure. Cette extension du modèle permet de mieux prendre en compte la dispersion observée expérimentalement sur les distributions de tailles de grains.

Mots-clés : Modèle champ-moyen, Croissance de grains, Recristallisation dynamique discontinue, Topologie, Germination, 316L