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Fiche descriptive du sujet de thèse

Microstructure et propriétés de l'acier 316L(N) élaboré par fabrication additive par dépôt de fil : étude expérimentale et modélisation

Microstructure et propriétés de l'acier 316L(N) élaboré par fabrication additive par dépôt de fil : étude expérimentale et modélisation

Microstructure-properties relationship in AISI 316L(N) stainless steel produced by wire additive manufacturing: experimental study and simulation

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

ESIN Vladimir

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactVladimir ESIN
Date de validité

01/10/2021

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Fabrication additive, Aciers inoxydables, Elaboration, Traitement thermique, Microstructure, Métallurgie physique

Additive manufacturing, stainless steels, processing, heat treatment, microstructure, physical metallurgy

Résumé

Les procédés de fabrication additive sont de plus en plus présents dans les secteurs d'activité les plus variés, en ouvrant des possibilités des pièces géométriquement complexes, avec une haute valeur ajoutée, en respectant aux critères de développement durable de la société actuelle. Parmi les différentes technologies de fabrication additive, les procédés par dépôt de fil utilisent de manière optimale le matériau. Pour la fusion du fil métallique, plusieurs sources de chaleurs sont possibles. L'objectif de cette étude est d'apporter des nouveaux éléments sur la compréhension et la corrélation des paramètres opératoires de procédés de fabrication additive laser-fil et fabrication additive arc-fil sur la qualité des pièces construites en acier inoxydable 316L(N). Plusieurs sujets sont analysés au cours de cette étude : i) l'effet des paramètres opératoires sur la précision géométrique, de la microstructure de solidification et le comportement mécanique des pièces fabriquées ; ii) l'effet des traitements thermiques sur les propriétés des pièces ; iii) des simulations numériques, afin d'apporter un soutien pour mieux comprendre l'origine et la nature des phénomènes observés.

Additive manufacturing processes are increasingly present in the most varied sectors of activity, opening up the possibilities of geometrically complex structures, with high added value, and respecting the criteria of sustainable development of today's society. Among the different additive manufacturing technologies, wire deposition processes make optimum use of the material. For the fusion of the metal wire, several sources of heat are possible. The objective of this study is to provide better understanding of the effect of the different parameters applied for laser-wire additive manufacturing and arc-wire additive manufacturing processes on the quality of pieces made of 316L(N) stainless steel. Several points are going to be analyzed: i) the effect of operating parameters on the geometric precision, on the solidification microstructure and on the mechanical behavior of the manufactured parts; ii) the effect of heat treatments on the metallurgical and mechanical properties; iii) numerical simulations, allowing to understand the phenomena observed during the manufacturing process.

Contexte

Le Laboratoire des Technologies d'Assemblages (LTA) du Service d'Etudes Thermiques et Mécaniques (SEMT), situé au sein du Département de Modélisation des Systèmes et des Structures (DM2S) du CEA Saclay, ainsi que le Centre des Matériaux de MINES ParisTech mènent des travaux de modélisation, de simulations numériques et des essais instrumentés afin d'améliorer la compréhension, la prédiction et la maîtrise des procédés de soudage et de fabrication additive ainsi que leurs effets sur différents matériaux.
Les procédés de fabrication additive sont de plus en plus présents dans les secteurs d'activité les plus variés, en ouvrant des possibilités d'élaborer des pièces géométriquement complexes avec une haute valeur ajoutée. Le principal atout de cette technologie réside dans l'économie de matière nécessaire à la fabrication d'une pièce, ce qui répond davantage aux critères de développement durable de la société actuelle.

Encadrement

Directeur de thèse : Vladimir ESIN - Centre des Matériaux
Co-encadrant : Sylvain DEPINOY - Centre des Matériaux
Co-encadrant externe : Diogo Gonçalves (CEA)

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.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :
Pour ce sujet de thèse de doctorat, le candidat retenu devra présenter des fortes compétences en science des matériaux et en mécanique, mais aussi être capable de développer des simulations numériques (logiciel Cast3M) en support des développements expérimentaux.

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Prerequisite (specific skills for this thesis):

The PhD candidate should have strong background in materials science (especially in metallurgy) and mechanics as well as skills required to perform numerical simulations (using Cast3M software) together with experimental study.


Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant’s motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr


Résultat attendu

o compréhension de l'effet de l'histoire thermique pendant l'élaboration par fabrication additive laser-fil sur la microstructure (défauts de fabrication, taille, morphologie et orientation de grains, précipitation, etc) ;
o caractérisation des propriétés mécaniques en traction des pièces fabriquées ;
o compréhension de l'effet des traitements thermiques sur les contraintes résiduelles et sur la microstructure ;
o formulation d'un modèle numérique, permettant la simulation du procédé de fabrication additive;
o possible application à cas industriel.

Objectif

Pour les pièces métalliques, l'apport de matière lors de la fabrication additive par fusion peut se faire via un lit de poudre, un dépôt de poudre ou un dépôt de fil. Ce dernier reste moins étudié malgré une utilisation optimale du matériau. La fusion du fil métallique peut se faire à l'aide de plusieurs sources de chaleurs (arc électrique, induction, laser, faisceau d'électron). L'objectif de cette étude est d'apporter de nouveaux éléments sur la compréhension et la corrélation des paramètres opératoires de procédés de fabrication additive laser-fil (WLAM, Wire Laser Additive Manufacturing) et fabrication additive arc-fil (WAAM, Wire Arc Additive Manufacturing) sur la qualité des pièces construites en acier inoxydable austénitique 316L(N).

Références

/

Type financement

Contrat de recherche

Document PDF

https://www.adum.fr/script/downloadfile.pl?type=78&ID=34485

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Fiche descriptive du sujet de thèse - MINES ParisTech
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