Métallurgie, 𝝁Structure, Rhéologie – MSR

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    MEMBRES PERMANENTS DE L'ÉQUIPE

    Nathalie Bozzolo (responsable)
    Marc Bernacki (responsable adjoint)
    Charbel Moussa
    Cyrille Collin
    Gilbert Fiorucci
    Suzanne Jacomet
    Alexis Nicolaÿ

    DOMAINE de recherche

    Évolutions de microstructure des alliages métalliques au cours des opérations de mise en forme par voie thermomécanique (à l'état solide).

    Applications

    - Mise en forme à chaud et à froid, grandes déformations
    - Traitements thermiques
    - Recristallisation, croissance de grains, transformations de phase
    - Superalliages base nickel, alliages de titane, d'aluminium, aciers,...

    Objectifs principaux

    L'équipe MSR travaille sur les évolutions de microstructure induites par la mise en forme des matériaux métalliques par voie thermomécanique, à l'état solide. Elle a pour objectifs :

    • la description, à l'échelle mésoscopique, des mécanismes physiques actifs et de leur cinétique en fonction des paramètres thermomécaniques,
    • la formulation de modèles physiques décrivant la déformation plastique, la recristallisation, la croissance de grains, les transformations de phases et leurs couplages,
    • l'implémentation de ces modèles dans des outils de simulation des évolutions microstructurales prédictifs.

    L'originalité de la démarche développée réside dans la conjugaison de compétences et d'approches complémentaires : métallurgie physique expérimentale, métallurgie mécanique, modélisation et simulation numérique, pour aborder des problématiques complexes par nature car proches de cas industriels concrets. Les travaux de l'équipe recouvrent également des développements méthodologiques amont, numériques et expérimentaux.  Une véritable synergie émane du dialogue permanent et étroit entre ces différentes sensibilités.
    L'équipe assure également la gestion et le développement de parcs expérimentaux : essais thermomécaniques et traitement thermique des matériaux métalliques, métallographie et microscopie électronique.

    Axes de recherche

    • Développements d'outils expérimentaux et méthodes d'analyse microstructurale quantitative
    • Identification des mécanismes et cinétiques métallurgiques
    • Modélisation et simulation en champ moyen
    • Modélisation et simulation en champ complet
    • Développement de méthodes numériques

    Projets en cours

    Chaire industrielle ANR-Safran TOPAZE

    Programme de travail: 8 thèses sur la période 2020 – 2024
    Titulaire : Nathalie Bozzolo, Adjoint : P. Villechaise (Institut Pprime).
    Objectif : Maîtriser les microstructures forgées pour optimiser la tenue en service des superalliages base nickel polycristallins dans les moteurs d'avions et d'hélicoptères de nouvelle génération : Focus sur les alliages 𝛾-𝛾'.
    En collaboration avec l'Institut Pprime pour la partie relation microstructure-propriétés.
    Co-financement ANR - Safran.
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    Chaire industrielle ANR DIGI𝝁

    Programme de travail: 6 thèses sur la période 2016 – 2020
    Titulaire : Marc Bernacki, Adjoint : Nathalie Bozzolo.
    Objectif : Développement d'un logiciel (DIGIMU®) utilisable en milieu industriel pour la simulation en champ complet des phénomènes de recristallisation.
    Co-financement ANR - ArcelorMittal, Framatome, Ascometal, Aubert&Duval, CEA, Safran.
    Avec la participation complémentaire de Constellium, Timet et Transvalor.
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    Projet CONTiNUUM

    Programme de travail: 6 thèses sur la période 2019 – 2025
    Responsable : Nathalie Bozzolo.
    Objectif :  Décrire les évolutions de microstructure et de texture cristallographique au cours des opérations de forgeage et leur impact sur les propriétés d'emploi d'alliages de titane pour applications aéronautiques à haute température.
    En collaboration avec l'Institut Pprime et Chimie ParisTech.
    Co-financement Airbus - Aubert&Duval - Safran - Timet.

    Chaire industrielle ANR-Safran OPALE

    Programme de travail: 12 thèses et 3 post-docs sur la période 2015 – 2020
    Titulaire : Nathalie Bozzolo, Adjoint : P. Villechaise (Institut Pprime).
    Objectif : Optimisation des propriétés des superalliages base nickel polycristallins par le contrôle de la microstructure issue des opérations de forgeage.
    En collaboration avec l'Institut Pprime pour la partie relation microstructure-propriétés.
    Co-financement ANR - Safran.
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    Equipements

    • Microscope double faisceau (électronique et ionique) équipé de systèmes d'analyses EDS et EBSD pour l'analyse des microstructures en trois dimensions. Une chambre de traitements thermiques sous atmosphère contrôlée équipe également ce microscope.
    • Microscope électronique à balayage à haute résolution spatiale (FEG) équipé d'un système d'analyses couplées EDS et EBSD.
    • Traitements thermiques et thermomécaniques jusqu'à 1200°C avec possibilité de trempe eau.

    Faits marquants de l'équipe MSR :

    Trois chaires industrielles ANR et un laboratoire commun

    Une trentaine de chaires industrielles ANR, tous domaines confondus, ont été retenues pour financement par l'ANR depuis la création de ce dispositif en 2011. Trois relèvent du secteur de la métallurgie et sont portées par l'équipe MSR du CEMEF: OPALE, DIGIMU et TOPAZE, retenues respectivement à l'issue des appels à projets 2014, 2016 et 2019. Fin 2019 est créé le laboratoire commun OPALE pour pérenniser le mode de fonctionnement entre les différents acteurs de cette chaire.

    Suivi des évolutions de microstructure lors de traitements thermiques in-situ réalisés à l'aide d'une platine chauffante in-situ

    Cartographies d'orientations obtenues par EBSD à l'issue de traitements thermiques successifs effectués sur un alliage d'aluminium. Ces essais ont été menés dans le cadre des travaux de thèse de Saoussen OUHIBA, doctorante dans l'équipe MSR.

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    Simulation numérique 3D en champ complet des évolutions de microstructure

    Croissance de grains au cours d'un traitement thermique sur un superalliage à base nickel (Inconel 718) en présence de particules de seconde phase. Cette simulation est issue des travaux de thèse de Benjamin Sholtes, ancien doctorant de l'équipe MSR (2014-2017).

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    Ma thèse porte sur un nouveau superalliage à base nickel développé par la société VDM Metals. Je cherche à comprendre et modéliser la recristallisation de cet alliage au cours des étapes de forgeage.

    Juhi SHARMA, doctorante dans l'équipe MSR

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    Relations académiques :

    • Carnegie Mellon University - Pittsburgh, USA
    • Chimie ParisTech - Paris, France
    • CINaM - Marseille, France
    • CONICET - Rosario, Argentine
    • EPFL - Neuchâtel, Suisse
    • Institut Pprime - Poitiers, France
    • Max Plank Institute - Düsseldorf, Allemagne

    Relations industrielles :

    • Airbus
    • ArcelorMittal
    • Ascometal
    • Aubert&Duval
    • CEA
    • Constellium
    • Framatome
    • Timet
    • Safran
    • VDM Metals International

    Mots-clés de l'équipe MSR :

    Métallurgie physique, mécanique et numérique

    Grandes déformations, Chemins thermomécaniques complexes

    Recristallisation, Croissance de grains, Précipitation, Transformation de phases

    Analyse expérimentale, Simulation multi-échelles, Méthode Level Set

    Microscopie électronique, EBSD

    Microstructures 2D/3D

    Superalliages, Alliages de titane


    Thèses en cours

    • Matheus BROZOVIC GARIGLIO : Répartition de l’énergie stockée dans les microstructures d’alliages de titane biphasés déformés à chaud. Promotion 2019
    • Victor GRAND : Etude de la recristallisation d’alliages de zirconium lors des procédés de mise en forme à chaud : caractérisation et modélisation de l’influence de la microstructure initiale. Promotion 2019
    • Ilusca SOARES JANEIRO : Analyse et modélisation des évolutions de la précipitation Y’ de l’alliage R65. Promotion 2019
    • Karen ALVARADO : Influence des phénomènes de freinage sur l’homogénéité de taille des grains recristallises: approche multi-échelles et application aux superalliages base nickel. Promotion 2018
    • Brayan MURGAS : Vers une description fine de la mobilité des joints de grains et son intégration numérique dans les simulations éléments finis des mécanismes de recrystallisation. Promotion 2018
    • Yacine NAIT ABDELAZIZ : Génération et homogénéisation de Volumes Elémentaires Représentatifs (VERs) pour composites à renforts discontinus : vers une meilleure compréhension des mécanismes locaux de déformation et d’endommagement. Promotion 2018 + Equpe MPI
    • Saoussen OUHIBA : Recristallisation des alliages d’aluminium 6xxx au cours du laminage à chaud. Promotion 2018
    • Juhi SHARMA : Évolution de microstructure au cours des opérations de forgeage de l’alliage VDM® Alloy 780. Promotion 2018
    • Jules BATON : Simulation en champ moyen de la restauration et de la recristallisation du tantale pur après déformation à froid. Promotion 2017
    • Malik DURAND : Analyse des mécanismes métallurgiques survenant dans l’alliage AD730 au cours du revenu de relaxation des contraintes. Promotion 2017
    • Sebastian FLOREZ : Calcul haute performance pour la modélisation de polycristaux à grand nombre de grains. Promotion 2017
    • David Alejandro RUIZ SARRAZOLA : “Enhancement of a full field finite element framework to model recrystallization in context of strong anisotropies of mobility and grain boundary energy.” Promotion 2017
    • Luc VEDIE : Modélisation numérique des évolutions microstructurales en soudage. Promotion 2017