Offre de Thèse : Croissance des microstructures et chemins de transformation.

Les microstructures de solidification des alliages métalliques peuvent prendre de multiples formes qui influencent les propriétés d’usage des pièces fabriquées. Les structures monophasées croissent sous la forme de plans, de cellules ou de dendrites. Des microstructures multi-phasées, les eutectiques, peuvent aussi se développer sous la forme de motifs lamellaires ou bâton.
Chacune de ces microstructures croit selon une loi de croissance qui lui est propre liant la vitesse de croissance à la température du front de solidification ( ). Cette relation, unique pour chaque microstructure, dépend des propriétés thermodynamiques et de diffusion de l’alliage et des propriétés des interfaces solide/liquide. Par ailleurs, les compositions des phases solide et liquide à l’interface sont définies par la température de l’interface .
Des modèles de croissance dendritique (KIND) et eutectique (KINE) couplés à l’outils ThermoCalc ont été développés au CEMEF pour prédire les lois de croissance de ces microstructures en limitant les approximations sur les propriétés thermodynamiques des alliages. Ces modèles doivent maintenant être étendus aux alliages multi-constitués.

Dans cette thèse, on se propose d’utiliser et de développer les outils KIND et KINE pour permettre une analyse des chemins de solidification dans les alliages multi-constitués. Une première partie du travail de thèse consistera à développer ces outils pour permettre de prédire les lois de croissance de microstructures eutectiques dans des alliages multi-constitués. Ces modèles seront alors utilisés pour prédire des cartes de sélection de microstructures, notamment pour des procédés à solidification rapide, comme les procédés de fabrication additive. Ces cartes seront validés par comparaison à des données expérimentales.

Fig.1 Carte de sélection de microstructure pour un alliage d’aluminium [1]

Enfin, ces outils seront utilisés pour développer des modèles de microségrégation avancés afin de prédire les chemins de solidification au cours de la solidification d’alliages d’intérêt industriels.

Fig.2 Chemin de solidification dans un alliage Al-Ni [2]

De telles informations sont en effet nécessaires dans l’industrie métallurgique pour améliorer la qualité des pièces. A titre d’exemple, elles peuvent être utilisées pour :
• déterminer des critères de fissuration en fonction de la composition du liquide interdendritique
• Déterminer la germination de phases fragilisantes ou durcissantes à l’état solide à la suite de la microstructure de solidification
• évaluer les propriétés thermo-mécanique des pièces fabriquées

Références bibliographiques :

[1] Mohammadpour, P., Plotkowski, A., & Phillion, A. B. (2020). Additive Manufacturing, 31, 100936.
[2] Tourret, D., Gandin, C. A., Volkmann, T., & Herlach, D. M. (2011). Acta materialia, 59(11), 4665-4677.