Offre de Thèse : Evolution de microstructures d’alliages de titane biphasés après déformation à chaud.

Le projet CONTiNUUM porte sur les alliages de titane pour applications aéronautiques. Il vise à décrire les évolutions de microstructure des alliages de titane au cours des opérations de forgeage et leur impact sur les propriétés d'emploi. Trois équipes académiques coopèrent dans ce projet financé par un consortium industriel regroupant Airbus, Aubert & Duval, Safran et Timet. Six thèses se dérouleront dans ce cadre sur la période 2019-2025, qui feront l'objet de réunions de suivi communes.

Au cours de la déformation à chaud, des défauts sont générés et stockés dans les microstructures mises en forme. D'un point de vue thermodynamique, ces défauts représentent une quantité d'énergie stockée qui conditionne fortement les évolutions de microstructure au cours de traitements thermiques ultérieurs, au cours du refroidissement après déformation à chaud ou au cours de maintien en température entre deux étapes de déformation.
Dans le cas des microstructures d'alliages biphasés comme les alliages de titane déformés dans le domaine α+β, l'énergie stockée se répartit de manière non uniforme dans les deux phases. Cette répartition fait l’objet d’une thèse du consortium CONTiNUUM qui sera soutenue fin 2022. Le sujet proposé ici vise à décrire les mécanismes et cinétiques d’évolution post-déformation : résorption partielle de l’énergie stockée par restauration, globularisation des structures lamellaires (voir illustration ci-dessous), auxquels s’ajoutent potentiellement des phénomènes de recristallisation, de transformation de phase et de murissement d’Ostwald selon les chemins thermomécaniques appliqués. Deux alliages de titane d'intérêt industriel seront étudiés (Ti-64 et Ti-10-2-3).
Une approche combinant expériences de laboratoire, analyse d’échantillons industriels et simulation numérique des évolutions de microstructure sera mise en œuvre. Les conditions du procédé industriel selon reproduites au moyen d’essais thermomécaniques de laboratoire (compression et ou torsion à chaud) pour produire des échantillons dont la microstructure sera analysée afin de déterminer les mécanismes actifs et leur dépendance aux conditions thermomécaniques. Les principales techniques de caractérisation qui seront mises en œuvre sont la microscopie électronique à balayage, l’analyse de orientations cristallines par EBSD (diffraction des électrons rétrodiffusés) et le suivi résistivimétrique en température. Des analyses de microstructure en 3D seront également conduites afin de lever les éventuelles ambiguïtés topologiques inhérentes aux observations en coupe 2D, ainsi que des analyses en microscopie électronique en transmission pour accéder aux détails les plus fins des microstructures étudiées.
A partir de ces analyses, les évolutions d’énergie stockée et phénomènes de restauration au sein de chaque phase seront quantifiées et décrites au moyen d’une loi d’évolution des densités de dislocations et/ou de formation de sous-structures. Par ailleurs, les phénomènes physiques régissant l’évolution des phases seront étudiés et reproduits au moyen d’outils de simulation numérique par la méthode des éléments finis développés par ailleurs au Cemef (Des exemples de vidéos issues de simulations réalisées avec ces outils sont disponibles ici : Videos).

Ce travail sera donc mené en interaction étroite avec l'ensemble des acteurs du projet, académiques et industriels.