Offre de thèse
Refusion à l'arc sous vide de superalliages à base nickel : analyse de la dynamique de l'arc et simulation tridimensionnelle du procédé
Date limite de candidature
01-10-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
CHAPELLE Pierre
Encadrement
Les travaux seront encadrés par Pierre Chapelle et Bernard Dussoubs.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 3 - SI2M : 301 - Procédés d'élaborationcontexte
Les superalliages à base nickel sont des matériaux incontournables dans l'industrie aéronautique (notamment comme éléments des moteurs) en raison de leurs hautes performances mécaniques, qu'ils conservent à température élevée et de leur bonne résistance à la corrosion. Toutefois, l'obtention de ces propriétés exceptionnelles nécessite une très bonne homogénéité chimique et physique du matériau, ce qui impose la mise en œuvre de procédés d'élaboration sophistiqués comme le procédé de refusion à l'arc sous vide (VAR = Vacuum Arc Remelting). L'Institut Jean Lamour à Nancy mène depuis de nombreuses années, en partenariat avec plusieurs industriels français dont la société Aubert&Duval, des travaux expérimentaux et de modélisation afin de mieux comprendre et prédire le lien entre les leviers opératoires et la qualité des lingots produits par le procédé VAR. L'objectif du sujet de thèse proposé est d'aller plus loin dans la compréhension du fonctionnement et l'optimisation d'un four VAR, et d'améliorer la qualité des lingots de superalliages à base nickel obtenus par ce procédé.spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR
Mots clés
Refusion à l'arc sous vide, superalliages à base nickel, dynamique de l'arc électrique, mesures de champ magnétique, modélisation 3D
Détail de l'offre
Ce projet concerne la refusion à l'arc sous vide de superalliages à base nickel. L'objectif est de contribuer à l'optimisation du procédé industriel et à l'amélioration de la qualité des lingots obtenus, en étudiant en particulier le lien entre le comportement de l'arc électrique et la formation de défauts de solidification. L'approche proposée comporte deux volets. Le premier volet concerne l'étude expérimentale sur site industriel du comportement dynamique de l'arc électrique à l'aide d'un dispositif expérimental original basé sur des mesures de champ magnétique permettant de suivre le mouvement du centroïde de l'arc en cours de refusion. Le second volet concerne le perfectionnement et l'utilisation d'un modèle 3D du procédé (basé sur le logiciel OpenFoam) et vise à affiner notamment la prédiction du risque de formation de défauts de solidification.
Keywords
Vacuum arc remelting, nickel-based superalloys, electric arc dynamics, magnetic field measurements, 3D modelling
Subject details
This project concerns the vacuum arc remelting of nickel-based superalloys. The aim is to help optimize the industrial process and improve the quality of the ingots obtained, in particular by studying the link between the electric arc behavior and the formation of solidification defects. The proposed approach is twofold. The first part concerns the experimental study, on an industrial site, of the dynamic behavior of the electric arc, using an original experimental set-up based on magnetic field measurements, which enable to track the movement of the arc centroid during remelting. The second part of the project concerns the improvement and use of a 3D model of the process (based on OpenFoam software), with the aim of refining the prediction of the risk of solidification defects.
Profil du candidat
- Titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master 2 dans le domaine de la mécanique des fluides, de la simulation numérique ou du génie des procédés.
- Compétences avérées dans un ou plusieurs des domaines suivants : génie des procédés, phénomènes de transport, mécanique des fluides numérique, science et ingénierie des matériaux.
Candidate profile
- Engineering degree or MSc degree in the field of fluid dynamics, numerical simulation or process engineering.
- Proven skills in one or more of the following areas: process engineering, transport phenomena, computational fluid mechanics, materials science and engineering.
Référence biblio
P.-O. Delzant, P. Chapelle, A. Jardy, J. Jourdan, J. Jourdan, Y. Millet, Investigation of arc dynamics during vacuum arc remelting of a Ti64 alloy using a photodiode based instrumentation. Journal of Materials Processing Technology, 266, 10-18 (2019).
P.E. King, M. Cibula, J. Motley, Control of the distribution of vacuum arcs within vacuum arc remelting with externally applied magnetic fields. In: Peng, Z., et al. 11th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. (2020).
M. Cibula, D. McCulley, N. Pettinger, J. Motley, P. King, Characterization of vacuum arc remelting with a high-density magnetic sensor array, LMPC 2022-Proceedings of the Liquid Metals Processing & Casting Conference (2022).
E. Karimi Sibaki, A. Kharicha, A. Vakhrushev, M. Abdi, M. Wu, A. Ludwig, J. Bohacek, B. Preiß, Numerical modeling and experimental validation of the effect of arc distribution on the as-solidified Ti64 ingot in vacuum arc remelting (VAR) process. Journal of Materials Research and Technology, 183-193 (2022).
P.-O. Delzant, P. Chapelle, A. Jardy, A. Matveichev, Y. Millet, Impact of a transient and asymmetrical distribution of the electric arc on the solidification conditions of the ingot in the VAR process. Metals, 12, 500 (2022).