Thèse CEMEF 2018 : Modélisation des microstructures (µS) générées en fabrication additive (AM) par fusion laser sélective (SLM) d'un alliage base nickel.

Description de l'offre

Contexte et enjeux :
La fabrication additive (AM) par fusion laser sélective (SLM) est d'un grand intérêt compte tenu de sa capacité à réaliser des géométries complexes et non traditionnelles. Cependant, les microstructures générées par ce procédé peuvent fortement s’écarter de leurs contreparties élaborées de manière conventionnelle. L'introduction d’une source de chaleur spatialement et temporellement mobile mène au développement d’une hétérogénéité microstructurale significative: mélange de grains colonnaires (allongés) et équiaxes (isotropes), ayant souvent une périodicité visible correspondant à la hauteur de la couche, à la largeur de la ligne et au motif de balayage utilisé. A ces hétérogénéités microstructurales sont associées des textures cristallographiques qui influencent le comportement mécanique des pièces. Le choix des trajectoires, mais aussi de la hauteur de poudre à fusionner, de la puissance et de la vitesse du laser définissent la stratégie de construction d’une pièce. Le contrôle de la source de chaleur est ainsi primordial pour piloter la structure de grains solidifiée, et obtenir des microstructures optimales pour les applications visées.

Par ailleurs, le procédé AM-SLM met en jeu de fortes vitesses de solidification et des gradients de température élevés. Les vitesses de refroidissement sont donc également très importantes, conduisant à la formation de microstructures pouvant s’éloigner fortement de l’équilibre thermodynamique. Dans le cas des alliages industriels de type superalliage base nickel, cela peut notamment correspondre à des séquences indésirables de précipitation de phases intermétalliques depuis l’état liquide, à des solutions solides trempées de composition très éloignée de l’équilibre thermodynamique, sans ou avec peu de phases précipitées, voire des structures de solidification primaires inattendues ou de morphologies fortement éloignées de celles produites par des procédés plus conventionnels.

Il devient alors nécessaire de disposer d’outils numériques pour comprendre la formation des microstructures issues du procédé AM-SLM, pour étudier le rôle de la composition des alliages et des paramètres du procédé, voire pour piloter l’obtention des structures désirées. Les structures prédites peuvent également servir le chaînage numérique pour accéder aux propriétés finales des pièces formées par AM-SLM ou encore pour améliorer la prédiction de la fissuration à chaud formée au cours du procédé, défaut rédhibitoire souvent rencontré.

Objectif :
Modéliser les structures de solidification granulaire, la nature et la quantité des phases solidifiées, ainsi que les transformations de phase subséquentes se produisant lors du procédé AM-SLM appliqué à un alliage base nickel.

Plus d’infos sur :
http://www.cemef.mines-paristech.fr/sections/formations/doctorats/pour-postuler/these-cemef-6461_1

Candidatures en ligne uniquement sur : http://www.recruitment.cemef.mines-paristech.fr/phd/form1.php

Profil recherché

Ingénieur ou équivalent, avec de bonnes notions de calcul scientifique et une formation mécanique et matériaux

À propos de Mines Paristech - Cemef

Leader mondial dans le domaine des matériaux, des procédés et de leur modélisation, le CEMEF réalise une recherche partenariale avec l'industrie et forme des experts (doctorats et mastère spécialisé). Pluridisciplinaire, le CEMEF étudie tous les types de matériaux (métaux et alliages métalliques, polymères synthétiques et issus de la biomasse, composites, béton...) et de procédés industriels en s’intéressant aux différentes étapes de la vie du matériau : élaboration -> mise en forme -> traitements thermiques -> assemblage -> propriétés d'usage -> recyclage Elément majeur d’innovation, sa compréhension du comportement des matériaux aux différentes échelles, de l'interaction outil-matière, de l’impact des procédés sur les propriétés finales permet l’optimisation et le développement de procédés de fabrication de plus en plus complexes et contraints (technologie, énergie, environnement…). Il s’appuie sur des approches couplant techniques expérimentales et modélisations numériques Le CEMEF, c'est plus de 160 ingénieurs, chercheurs, étudiants, techniciens, animés par la même curiosité face à la complexité des phénomènes, la même envie de se dépasser pour agrandir le champ des connaissances, le même goût du défi scientifique. C’est un centre de recherche de MINES ParisTech, associé au CNRS.