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Développement d'un cadre numérique global et innovant pour la modélisation des évolutions microstructurales à l'œuvre dans les procédés industriels de mise en forme des alliages métalliques. – DIGIMU

Résumé de soumission

Les propriétés des métaux sont très fortement reliées à leur microstructure, qui est elle-même héritée des procédés thermomécaniques vécus par le matériau. Les évolutions de la microstructure durant les traitements thermomécaniques ou thermiques sont ainsi de première importance sur les propriétés finales du matériau (résistance mécanique, limite en fatigue, résistance à la corrosion...). La prédiction de ces évolutions lors de la mise en forme des alliages métalliques est donc un sujet de plus en plus critique industriellement et constitue un vrai challenge en terme de recherche. Ce challenge nécessite le développement de méthodes numériques performantes adaptées à la modélisation des mécanismes métallurgiques sous-jacents.

Une modélisation fine des matériaux est donc un sujet de première importance eu égard, premièrement, à la valeur aujourd'hui reconnue des simulations dans leur capacité à pouvoir réduire grandement le coût et le temps de développement de nouveaux matériaux et, deuxièmement, à l'intérêt théorique d'une telle stratégie pour améliorer notre compréhension des phénomènes métallurgiques. De plus, de l'amélioration des superalliages base nickel utilisés dans les parties critiques des moteurs d'avion afin d'améliorer leur rendement à l'utilisation d'aciers inoxydables soumis à des contraintes sévères inhabituelles dans les centrales nucléaires en passant par l'allégement des structures dans l'automobile ou l'aéronautique, les besoins sont énormes. C'est ainsi que la prédiction fine des microstructures métalliques lors de leur mise en forme est une pierre angulaire de la stratégie industrielle des partenaires du projet DIGIMU, c'est-à-dire ArcelorMittal INDUSTEEL, AREVA, AUBERT & DUVAL, ASCOMETAL, CEA, SAFRAN et TRANSVALOR.

Malgré l'intérêt précédemment décrit, peu d'études s'intéressent actuellement à ce sujet dans un contexte industriel. Afin de prédire finement l'évolution des grains polycristallins en termes de taille ou de forme ainsi que l'évolution des différentes phases, une stratégie numérique globale reste à être inventée et construite. Nous affirmons que développer ce domaine de la métallurgie, requiert en premier lieu le développement d'une stratégie numérique éléments finis (EF) en champ complet innovante et unifiée ainsi que le développement de modèles simplifiés à champ moyen sur-mesure à travers une stratégie multiéchelles.

A travers le projet DIGIMU, le titulaire pressenti et les autres chercheurs impliqués proposent, grâce à une nouvelle approche EF très prometteuse, de structurer cet effort de modélisation et d'industrialiser ces développements dans un logiciel EF appelé DIGIMU.

La modélisation de la recristallisation et de la croissance de grains, la prédiction des phénomènes de croissance anormale et la modélisation des changements de phase à l'état solide sont principalement visées. De plus, une part importante du travail sera également dédiée à des validations/investigations expérimentales. Deux principales classes de matériaux seront considérées: les aciers inoxydables austenitiques (304L et 316L) et les superalliages base nickel (Inconel 718, AD730 et N19). Il est cependant important de préciser que les mécanismes discutés ont un aspect générique et donc que les développements numériques réalisés pourront facilement être utilisés pour d'autres classes de matériaux métalliques.

Les principaux développements numériques envisagés concerneront la capacité, dans un contexte EF, de décrire des microstructures réelles ou statistiques en termes de grains ou de phases et de modéliser les différentes cinétiques d'interfaces. De plus, une approche multiéchelles (champ complet/champ moyen) sera développée afin d'améliorer automatiquement les modèles à champ moyen proposés à partir des simulations réalisées en champ complet.

Coordinateur du projet

Monsieur Marc Bernacki (ARMINES Centre de Mise en Forme des Matériaux de Mines ParisTech)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES ARMINES Centre de Mise en Forme des Matériaux de Mines ParisTech

Aide de l'ANR 613 000 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2016 - 48 Mois

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