Transcript Thèse - LASMIS UTT

Sujet de thèse 2014-2017 :
Etude expérimentale et modélisation de la fatigue de matériaux
métalliques nanocristallisés par SMAT
ICD LASMIS UMR 6279, Université de Technologie de Troyes (UTT),
12 rue Marie Curie, CS 42060, 10004 Troyes cedex
Le LASMIS est l’une des 8 équipes de recherche de l’Institut Charles Delaunay (ICD) de
l’Université de Technologie de Troyes. L'ICD développe une activité de recherche transverse
sur la science et la technologie de la maîtrise des risques. Les activités du LASMIS
contribuent à cette activité transverse en développant les connaissances et les modèles
permettant de comprendre et de prévoir le comportement des systèmes à l’échelle d’un
composant mécanique.
Ce projet de thèse consiste à étudier les propriétés en fatigue de différents matériaux
métalliques nanocristallisés par SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment), une
technique initialement développée au LASMIS constituant un des domaines d’excellence de
l’équipe. Ce projet contribuera au renforcement des compétences disciplinaires du LASMIS
dans le domaine de la maîtrise des procédés de traitement de surface.
Descriptif du sujet de thèse :
L’optimisation des procédés de mise en œuvre des matériaux en tenant compte de la durée de
vie en service est un sujet d’actualité. Ce projet de thèse s’inscrit dans l’optique de relier les
procédés à la durée de vie d’un composant. Il consiste à étudier les propriétés en fatigue de
matériaux traités par le procédé SMAT. L’originalité de ce procédé réside dans la génération
d’une couche superficielle nanocristalline alors que l’état microstructural du matériau à cœur
reste inchangé. Le SMAT peut engendrer des contraintes résiduelles de compression élevées,
une augmentation importante de la dureté en surface, et une couche superficielle
nanocristalline. Ce traitement permet d’augmenter la durée de vie en fatigue d’un composant
de manière souvent significative. Plusieurs paramètres tels que les contraintes résiduelles,
l’écrouissage et la couche nanocristalline peuvent contribuer à cette amélioration de fatigue.
La compréhension du rôle de chaque paramètre reste toutefois phénoménologique et
qualitative. Notamment pour la couche nanocristalline, son rôle spécifique sur la fatigue n’a
pas encore été clairement mis en évidence. Une étude systématique est ainsi nécessaire, ce qui
permettrait également d’établir un modèle de prédiction de la durée de vie des matériaux ainsi
traités.
Pour ce faire, nous proposons d’effectuer des essais de traction/fatigue sur des matériaux
métalliques industriels. Pour étudier l’effet de chaque paramètre cité ci-dessus sur les
propriétés en fatigue, deux autres procédés (grenaillage et choc laser) pourront être choisis
pour comparaison avec le SMAT. L’idée est, qu’avec ces trois procédés différents, on puisse
« isoler » l’effet d’un certain nombre de paramètres. La microdureté, les contraintes
résiduelles, et l’état microstructural seront mesurés/analysés à l’aide de différentes techniques
de mesure et d’observation telles que la nano-indentation, la diffraction des RX, la technique
MEB/EBSD, ou encore la microscopie électronique en transmission (MET). Une attention
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particulière sera portée aux mécanismes d’endommagement en lien avec la couche
superficielle nanocristalline générée par SMAT. Un modèle de fatigue à grand nombre de
cycles sera développé en tenant compte de ces mécanismes afin de prédire la durée de vie en
fatigue. Pour la fatigue oligocyclique, un outil numérique de prédiction sera développé. La loi
de comportement cyclique de la couche nanocristalline sera indirectement identifiée à l’aide
d’approches inverses. Après avoir introduit numériquement un champ de contraintes
résiduelles dans une éprouvette numérique, des simulations numériques seront réalisées pour
analyser l’effet de la couche nanocristalline sur la réponse du matériau, et étudier la relaxation
des contraintes résiduelles au cours de sollicitations cycliques.
Profil du candidat :
Le candidat, de formation Ingénieur ou Universitaire devra avoir des connaissances en
Matériaux et Mécanique. Des compétences en modélisation et simulation numérique sont
fortement souhaitées. Le candidat pourra avoir l’opportunité d’effectuer des séjours dans des
universités partenaires du projet (Orsay, Sydney en Australie).
Contact:
Delphine Retraint : [email protected], tél. : 03 25 71 56 68
Zhidan Sun : [email protected], tél. : 03 25 71 80 62
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