Thèse CIFRE - Anisotropie de durabilité en fatigue en lien avec la présence d'inclusions F/H F/H

Safran Aircraft Engines conçoit, développe, produit, et commercialise, seul ou en coopération, des moteurs pour avions civils et militaires, pour lanceurs spatiaux et pour satellites. Safran Aircraft Engines propose également aux compagnies aériennes, aux forces armées et aux opérateurs d'avions une gamme complète de services pour leurs moteurs aéronautiques

Les superalliages base nickel polycristallins sont des matériaux clés pour la fabrication des derniers étages de disques de compresseur et des disques de turbine dans les parties chaudes des moteurs aéronautiques. Les enjeux environnementaux et les objectifs de décarbonation poussent les acteurs aéronautiques à développer des matériaux capables de maintenir de bonnes propriétés mécaniques à des températures toujours plus chaudes. Les superalliages base nickel γ/γ' – composés de la matrice γ et de plusieurs populations de précipités durcissants γ' – sont utilisés pour ces applications.

Les propriétés mécaniques – notamment en fatigue oligocyclique (LCF : Low Cycle Fatigue) – des disques sont intrinsèquement liés à la microstructure et aux procédés de mise en forme. En plus des précipités γ', d'autres éléments peuvent être présents dans le matériau comme des inclusions non métalliques (carbures, nitrures, …). Leur densité, leur répartition, leur agglomération ainsi que leur orientation ont un impact direct sur les propriétés mécaniques. Ces particules évoluent au cours des étapes de mise en forme en se réalignant par exemple en suivant un chemin préférentiel d'alignement ou en s'endommageant. Lorsque leur densité est importante et selon le chemin thermomécanique, ces particules peuvent induire une anisotropie de durée de vie en fatigue qu'il est nécessaire de prendre en compte pour assurer un dimensionnement fiable des composants visés.

L'un des objectifs principaux de la thèse sera de déterminer l'impact de la répartition des inclusions issue des étapes de forgeage sur les performances mécaniques en fatigue. La détermination d'un critère seuil au-delà duquel les propriétés sont diminuées pouvant dépendre de la densité et/ou répartition des particules est également visée.

Afin de mieux comprendre ces effets, il est important de caractériser la matière aux différentes étapes de mise en forme et d'identifier les configurations les plus néfastes du point de vue des distributions inclusionnaires. Pour ce faire, les travaux de thèse seront basés sur des caractérisations expérimentales et des outils de simulation et de modélisation

Volet expérimental :
- Caractérisation des inclusions selon leur densité dans la matière (nature chimique (EDS), orientation de la matrice environnante (EBSD), taille, morphologie, densité, connexion entre les particules)
- Caractérisation de la densité et l'orientation des inclusions après différentes étapes de forgeage via l'utilisation d'outils d'analyses 2D/3D
- Etude des mécanismes élémentaires d'amorçage de fissure à l'échelle particulaire, clivage et décohésion de l'interface, plasticité associée aux particules et aux grains voisins
- Configurations de la répartition des inclusions favorisant un endommagement plus précoce et/ou plus sévère

Différents moyens expérimentaux tels que des essais de LCF à rupture et multi-interrompus, essais de de traction in-situ, étude de l'impact de l'oxydation et de l'environnement avec des essais sous air et sous vide seront réalisés.

Volet simulation :
- Simulation en champ complet sur matériau modèle statistiquement représentatif puis sur microstructure réelle pour différentes gammes de forge
- Faire varier la densité et de l'orientation des inclusions non métalliques pour évaluer leur impact sur les propriétés mécaniques
- Simulation à l'échelle du grain en prenant en compte les champs de contraintes obtenus au voisinage des inclusions avec l'EBSD
- Etablir des liens entre l'état initial billette et les résultats en LCF obtenus expérimentalement

Les simulations pourront être menées en parallèle des caractérisations.

Bac +5 d'une formation matériaux avec de bonnes notions en mécanique des matériaux ayant une forte appétence pour les essais expérimentaux et un intérêt pour la simulation.

Compétences techniques qui seront développées au cours de la thèse : Analyses MEB / Microscope optique, microtomographie aux rayons X, simulation numérique, mécanique des milieux continus, analyse d'images, langage de programmation (Python de préférence).

Les qualités nécessaires à ce poste sont :
- Autonomie
- Organisation
- Rigueur
- Curiosité
- Prise de recul
Connaissances en outils bureautiques (MS Office Excel, Word, Powerpoint) nécessaires.

Le doctorant sera principalement basé à l'Institut Pprime de l'ISAE-ENSMA à Poitiers. Les déplacements sur les différents sites de Safran Aircraft Engines seront ponctuels.
Déplacements ponctuels à l'étranger dans le cadre de congrès internationaux.