Plasticité Des Aciers Austénitiques élaborés

**Offre de thèse en matériaux**

**Contexte**

L’innovation technologique permise par la Fabrication Additive (FA) bouleverse la manière de produire des alliages métalliques et suscite un large intérêt technique et scientifique ces dernières années [1]. Les perspectives offertes par la FA sont multiples : réduction des coûts et des délais de fabrication grâce à la suppression des outillages, augmentation de la richesse fonctionnelle des produits, allègement structural, fabrication de formes complexes [1]. La FA par laser offre également un grand potentiel pour surmonter le défi de longue date du compromis résistance-ductilité dans les métaux et alliages [1]. Ainsi, les aciers inoxydables austénitiques obtenus par les techniques de FA (fusion laser sur lit de poudre et projection laser), et en particulier le 316L, font partie des rares matériaux métalliques imprimés en 3D qui présentent à l’état brut de fabrication des résistances élevées combinées à une bonne ductilité [2,3]. L’origine de ces propriétés mécaniques atypiques n’est cependant pas clairement établie. Ainsi, les vitesses de refroidissement élevées issues du procédé FA entraînent systématiquement la formation de microstructures complexes, hétérogènes et ‘’hors-équilibre thermodynamique’’, qui sont très différentes de celles formées par les autres procédés de fabrication conventionnels tels que la fonderie ou le forgeage. La formation de ce type de microstructure est généralement associée à une micro-ségrégation chimique et une forte densité de dislocations initiales localisée au niveau des interfaces intercellulaires dans le matériau à l’état brut de fabrication. Ces microstructures hétérogènes induisent un comportement plastique unique qui est très différent de celui observé dans les matériaux conventionnels. En effet, la microstructure intragranulaire spécifique ainsi que la présence de plusieurs phases (précipités, oxydes, joints de bains de fusion, joints de grains) et de micro-ségrégation chimique jouent un rôle essentiel vis-à-vis de l'apparition des phénomènes de localisation plastique et plus généralement du comportement mécanique dans les matériaux élaborés par FA. Les caractéristiques mécaniques (cissions critiques, écrouissage cinématique) sont également impactées en présence de cette microstructure. En conséquence, comprendre le lien entre les mécanismes de plasticité et l’évolution microstructurale au cours de la déformation plastique est encore un défi pour les pièces issues de FA.

**Sujet**

Les travaux de thèse visent à mener une étude expérimentale multi-échelle permettant d’identifier les phénomènes physiques de plasticité aux échelles macro, méso et microscopique, en lien avec la microstructure hiérarchique présente dans les aciers 316L élaborés par FA. L’étude s’appuiera sur une approche expérimentale originale visant à expliquer le comportement mécanique du 316L issu de FA, fortement influencé par la microstructure intragranulaire et intracellulaire induite ainsi que les différentes phases présentes à l’état brut de fabrication. L’étude permettra de:
1) Réaliser une étude paramétrique du procédé fusion laser sur lit de poudre (L-PBF laser powder bed fusion) afin d’obtenir des matériaux avec une bonne densité et d’optimiser les propriétés mécaniques du 316L en s’affranchissant du paradigme usuel résistance ou ductilité. La possibilité de travailler en régime pulsé (Fréquence 50 kHz maxi), et d’augmenter les vitesses de solidification permettra d’élargir la gamme des microstructures à étudier.

2) Identifier, via des essais _in-situ_ sous MEB, la nature et la chronologie des modes de déformation plastique activés et établir une corrélation entre les mécanismes de déformation et les évolutions des coefficients d’écrouissage en tenant compte de l’effet de l’anisotropie.

3) Mesurer, par corrélations d’images numériques, les champs de déformation plastiques sur des zones représentatives et établir les liens entre les phénomènes de localisation plastique (intra
- et inter-granulaire) et les différentes caractéristiques microstructurales (cellules, précipités, joints de bains de fusion, joints de grains ).

4) Identifier, via des essais mécaniques _in-situ_ MET, l’effet de la microstructure initiale sur le mouvement et les mécanismes de multiplication des dislocations ainsi que les interactions qui s’établissent entre elles.

5) Avoir une vue d'ensemble générale du comportement mécanique du 316L élaboré par FA qui prend en compte les phénomènes physiques microstructuraux aux différentes échelles et constituer une base de données pour développer et identifier des modèles de plasticité capables de prédire le comportement de ces matériaux.

Type d'emploi : CDD
Durée du contrat : 36 mois

Rémunération : 26