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Maîtrise du champ thermique du bain et de son environnement proche lors de la fusion laser sélective de lits de poudre pour une métallurgie cible d'un superalliage base nickel

Maîtrise du champ thermique du bain et de son environnement proche lors de la fusion laser sélective de lits de poudre pour une métallurgie cible d'un superalliage base nickel

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Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

SMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur

Directeur de thèse

GUIPONT Vincent

Co-directeur de thèse

COLIN Christophe

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactChristophe COLIN
Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Recrutements/Theses/
Mots-clés

Mesure thermique, Fabrication Additive, Fusion laser sélective (SLM) de lits de poudre, Alliage base nickel, Microstructure, Texture

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Résumé

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Contexte

Dans un but permanent de réduire les étapes de développement des pièces, les coûts et les délais, de diminuer l'empreinte énergétique globale de la chaîne de fabrication par rapport aux procédés « soustractifs », l'industrie mécanique place, depuis quelques années, de grands espoirs dans les techniques de fabrication additive. Certaines sociétés réfléchissent même à une implantation à grande échelle de ces nouvelles technologies au sein d'usines du futur dites 4.0.

Toutefois, certains aspects et notamment le développement de la microstructure dans des conditions sévères de gradients thermiques et de vitesses de solidification pour le procédé de fusion laser sélective (SLM) de lits de poudre sont encore mal maîtrisés et mal compris. L'introduction d'une source de chaleur mobile à la surface d'un milieu granulaire entraîne bien souvent une hétérogénéité microstructurale (mélange de grains colonnaires et équiaxes). A ces hétérogénéités microstructurales sont associées des textures cristallographiques qui influencent le comportement mécanique des pièces. La fabrication couche par couche d'une pièce saine demande à maîtriser les phénomènes thermiques par le choix adéquat d'une stratégie de balayage et d'un taux de recouvrement entre cordons ou par l'emploi d'un plateau chauffant voire d'une seconde source de chaleur en arrière du bain. En particulier, les dilutions d'une couche sur l'autre et le volume refondu entre deux cordons côte à côte pilotent en grande partie la structure de grains d'une pièce brute de SLM. Les recuits successifs liés à la superposition des couches sont bien souvent à l'origine d'un partiel retour à l'équilibre thermodynamique des phases. Dans le cas d'alliages industriels de type superalliage base nickel, ces recuits successifs peuvent s'accompagner ou non d'une précipitation d'intermétalliques indésirables ou de phases durcissantes non conventionnelles, voire d'une diminution de la densité de dislocations engendrées lors de la fabrication. Tout ceci n'est pas sans conséquence sur le détensionnement et/ou la fissuration des pièces, défaut rédhibitoire des superalliages à forte fraction volumique de phases durcissantes. De tels défauts conduisent irrémédiablement à des rebuts de pièces.

Encadrement

Directeur de thèse : Vincent GUIPONT - Centre des Matériaux
Co-Encadrant : Christophe COLIN - Centre des Matériaux

Profil candidat

Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum).
Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité.
Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• Une attestation de niveau d'anglais

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Résultat attendu

Le déroulement de la thèse pourrait se diviser en trois grandes tâches :
1- Caractérisations microstructurales jusqu'à l'échelle du MET afin de remonter à l'histoire thermique complexe et aux phénomènes induits, dans le cas d'objets 1D, 2D et 3D. On recherchera à identifier pour chacun de ces objets de forme simple la structure de grains (texture) issue de la solidification, l'écrouissage, la nature, la proportion et la répartition des phases.
2- Influence des paramètres du procédé au sens large et de la stratégie de balayage sur l'état microstructural, la forme du bain, sa surface et ses dimensions.
3- Identification des conditions de solidification en surface du bain et en cours de construction pour engendrer de parfaites structures colonnaires orientées suivant la direction de fabrication voire des quasi monocristaux.

Objectif

Il devient alors incontournable de suivre la cinétique des changements de phases et/ou des précipités durcissants en fonction des paramètres du procédé SLM et de la stratégie de balayage employée. Cela demande de mesurer le champ thermique du bain et de son environnement proche lors de sa formation et de son refroidissement mais également lors des recuits successifs dus à la superposition de couches.

Références

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Type financement

Convention CIFRE

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