PHD THESIS CEMEF 2020: Nouveau cadre de jeu de niveaux en éléments finis 3D pour la modélisation des transformations de phase solide-solide et des interfaces de grains pour les polycristaux à grande échelle

DIGIMU est une chaire industrielle ANR gérée par ARMINES MINES ParisTech et co-financée par l’ANR et un consortium industriel formé par ArcelorMittal, AREVA, ASCOMETAL, AUBERT & DUVAL, CEA et SAFRAN. Cette chaire traite du développement d’un cadre innovant et global pour la modélisation des évolutions microstrUcturales impliquées dans les processus de formage des métaux. DIGIMU ^® est également le nom du logiciel résultant développé par la société TRANSVALOR en tant que partenaire du projet et un consortium industriel impliquant TIMET, CONSTELLIUM et les partenaires de la chaire.

D’innombrables produits impliqués dans notre vie quotidienne dépendent de pièces métalliques vitales. L’optimisation de ces pièces nécessite une connaissance de l’évolution des propriétés des matériaux lors des opérations de formage. Bien que la compréhension des phénomènes métallurgiques sous-jacents se soit améliorée grâce au progrès continu des installations expérimentales, l’intérêt pour des simulations de plus en plus fines et prédictives s’est récemment accru. Dans ce contexte émergent de «métallurgie numérique», la chaire DIGIMU et le consortium ont deux objectifs principaux. La première consiste à développer un cadre numérique multi-échelles efficace spécialement conçu pour prendre de tels problèmes. La seconde est d’amener les méthodes numériques correspondantes à un niveau de maturité industrielle,

Afin de décrire avec précision l’évolution 3D des polycristaux (recristallisation, transformations de phase…), des méthodes plein champ telles que les méthodes champ de phase (PF) ou level-set (LS) doivent être utilisées. Dans ce contexte, un nouveau cadre numérique FE pour modéliser la croissance des grains (GG) et la recristallisation (ReX) basé sur une description LS des interfaces et des capacités de maillage / remaillage a été récemment développé ^a . Fait intéressant, si l’approche LS était étendue à d’autres mécanismes d’auto-diffusion tels que la sphéroïdisation dans les alliages de titane ou le frittage dans la métallurgie des poudres, les transformations de phase solide-solide (SSPT) n’étaient que récemment abordées ^bmalgré l’intérêt évident de coupler les phases et les évolutions des grains dans le même cadre numérique LS. Dans le projet de doctorat proposé, le cadre LS existant sera étendu afin de modéliser le SSPT. Le nouveau formalisme proposé sera étudié dans le contexte des transformations austénite-ferrite. Le cadre numérique proposé sera comparé à la stratégie de PF pré-existante dédiée à ce sujet.

Enfin, les développements qui en résulteront seront préparés pour l’intégration dans le progiciel DIGIMU ^® .