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Vincent Maguin

Octobre 2017

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Vincent Maguin


Doctorant

Promotion : 2016


Encadrant :

Charles-André Gandin

 

Equipe de recherche :

Structures et Propriétés dans les procédés de solidification - SP2


Sujet :

Simulation multi-physique de la macroségrégration et de la formation des freckles lors de la solidification d’aubes de turbine monocristallines.

Enjeux / défi :

Dans un réacteur d’avion, les pièces qui sont soumises à un environnement le plus sévère sont les aubes de turbine haute pression. Celles-ci sont en effet en contact avec des gaz chauds, dont la température dépasse la température de fusion du matériau utilisé. Afin de résister aux sollicitations mécaniques, une technologie a été mise au point : celle-ci repose sur l’utilisation de matériaux appelés superalliages bass-nickel, ayant des propriétés remarquables à très haute température. L’utilisation de ces matériaux est couplée à l’emploi d’une barrière thermique protectrice ainsi que d’un circuit de refroidissement interne des pièces.

Les pièces de fonderie en superalliage métallique sont mises en forme par coulée dans un moule en céramique, dit carapace. Au cours de la solidification directionnelle et monocristalline de la phase solide, une ségrégation chimique est formée à l’interface avec le liquide, qui redistribue les espèces chimiques. Des forces de flottabilité apparaissent alors dans le liquide, ayant pour origine la variation de sa densité avec la composition et la température. Une convection dite thermo-solutale est ainsi créée et permet une redistribution des espèces chimiques sur de plus grandes distance. Lorsque les inhomogénéités sont observées à l’échelle de toute la pièce, on parle alors de macroségrégation. Parfois, la ségrégation prend une forme plus localisée, sous forme de canaux ségrégés.
Ces canaux peuvent contenir des grains désorientés appelés freckles. Ces défauts dégradent fortement les propriétés mécaniques des pièces et mènent au rejet de la pièce de fonderie. Une bonne compréhension et maîtrise du défaut freckle est pour cette raison particulièrement bénéfique pour l’amélioration des performances des pièces et de moteurs concernés.

L’objectif de cette thèse est d’exploiter et d’améliorer une modélisation multi-physique, prenant en compte les différents phénomènes en jeu et leur couplage (modélisation des mouvements de convection, transport d’espèce chimique, croissance des microstructures).

 

Mots-clés liés au projet :

Macroségrégation, Base- nickel, Solidification dirigée, freckles.

 

Partenaires :

SAFRAN TECH, IN2MP, ESRF

 

Formation :

Classes préparatoire PTSI/PT puis Double diplôme d’ingénieur Arts et Métiers Paristech à Metz– Technische Universität Dresden (Allemagne).
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