Thèse en modélisation des déformations à la trempe d'une pièce en acier F/H

Au sein des équipes matériaux et procédés et R&T de Safran Transmission Systems, nous sommes à la recherche d'un doctorant Cifre.

Contexte et enjeux :
Développer les réducteurs de très forte puissance qui permettront d'optimiser l'efficacité énergétique des moteurs et donc de rendre le transport aérien encore plus respectueux de l'environnement constitue le cœur des efforts de Recherche & Technologie de Safran Transmission Systems.
Ces systèmes de transmission de puissance - de 10 à 20 MW- sont constitués d'engrenages de grande dimension (quasi métrique). Grâce à la réduction de la vitesse transmise par la turbine basse pression à la soufflante, ils permettent d'augmenter le taux de dilution des moteurs.
Les performances et la durée de vie en service exigées pour ces systèmes d'engrenages nécessitent une parfaite qualité géométrique de pièces avec des surfaces fonctionnelles présentant des propriétés mécaniques très élevées. Maitriser l'acier de cémentation utilisé et les traitements thermochimique et thermiques associés constitue une des solutions matériau et procédés permettant d'atteindre ces objectifs.
Problématique
L'alliage utilisé est soumis à une cémentation qui induit un gradient de composition chimique. Les traitements thermiques qui suivent consistent en une austénitisation suivie d'une trempe et de plusieurs revenus. Lors de ces différents traitements, des variations temporelles importantes de température et des changements de microstructure du matériau génèrent des gradients de déformation importants dans la pièce qui conduisent à des déformations inélastiques et des contraintes résiduelles.
L'ensemble de ces mécanismes a pour conséquence d'engendrer une distorsion des pièces avant les opérations d'usinage de finition faites pour obtenir la géométrie finale des surfaces fonctionnelles. Maîtriser la distorsion des pièces est donc indispensable pour minimiser les usinages de finition et maximiser l'épaisseur utile de l'acier en sous-surface.

Objectifs et points clés de l'étude :
Le but de cette étude est de contribuer à la construction d'une chaîne numérique permettant de simuler la distorsion des pièces lors de leur traitement thermochimique et thermique.
Afin de mieux comprendre et identifier les mécanismes physiques responsables des déformations locales lors de l'avancement des transformations métallurgiques, différentes techniques expérimentales avancées seront mises en œuvre : diffraction de rayons X, microscopie électronique, dilatométrie. Une attention particulière sera portée à l'effet du gradient de composition induit par la cémentation ainsi qu'à l'effet de l'évolution temporelle de la température sur la transformation martensitique et les mécanismes de diffusion et précipitation lors de la trempe et des revenus. L'objectif final de ce travail expérimental est de quantifier l'effet relatif des paramètres clefs des différentes étapes des traitements cités préalablement sur les déformations locales.

Le comportement thermomécanique de chaque phase (austénite, martensite) sera identifié à partir de différents essais mécaniques isothermes. Il convient de noter que ce travail expérimental et de modélisation devra s'appliquer non seulement au matériau de base mais aussi à la même nuance de matériaux présentant différents taux de carbone induits par la cémentation. L'implantation numérique de la loi de comportement identifiée sera réalisée dans le cadre d'une étude menée en parallèle de la thèse. Le doctorant aura donc pour missions les caractérisations métallurgiques associées à la transformation martensitique, la réalisation des essais thermomécaniques, le développement, l'identification et la validation du modèle de comportement thermomécanique.

Formation bac +5 avec une spécialisation en mécanique numérique et un attrait pour la caractérisation mécanique expérimentale. De bonnes bases en métallurgie physique sont également recherchées. Une première expérience sur Abaqus serait appréciée.

La thèse se déroulera à l'Institut Clément Ader (Albi), avec des déplacements occasionnels à prévoir chez Safran Transmission Systems à Colombes.