PROPOSITION DE SUJET DE THESE 2014-2017

PROPOSITION DE SUJET DE THESE 2014-2017
ECOLE CENTRALE PARIS – Laboratoire MSSMat (UMR CNRS 8579)
TITRE :
Mécanismes de déformation et comportement mécanique des aciers de troisième génération à
structure duplex pour application automobile
Directeur de thèse : Jean-Hubert Schmitt – [email protected]
Contexte
L’allègement des structures automobiles, à fonctionnalités et niveau de sécurité constants, requiert notamment la
mise au point d’aciers à propriétés spécifiques améliorées, telles que le compromis entre résistance mécanique et
densité. Une première génération d’aciers à très haute résistance (THR), ferrito-bainitiques avec des phases
secondaires riches en carbone, a déjà permis des améliorations significatives de propriétés. Les aciers « TWIP »,
dits de deuxième génération, sont en développement mais leur mise en œuvre n’est pas encore au point.
Les propriétés visées (résistance mécanique > 1000 MPa, allongement uniforme > 15%, densité si possible
inférieur de 5 à 10% à celle des aciers au carbone) requièrent le développement d’une troisième génération
d’aciers. Leur métallurgie est basée sur des teneurs modérées en manganèse et aluminium. Leur production
apparaît faisable sur l’outil industriel actuel et ils sont aisément recyclables dans la filière classique. Le projet
ANR MatetPro « MeMnAl Steels » vise à comprendre les mécanismes physiques qui gouverneront le
développement de ces nouveaux aciers, en particulier ceux qui contrôleront leur microstructure et leurs propriétés
mécaniques.
Objectifs de la thèse
Parmi les quatre thèses et le post-doctorat intégrés à ce projet, la thèse proposée s’intéresse à la description et à
la modélisation du comportement mécanique de ces nouveaux aciers. Le sujet comporte une partie expérimentale
dans laquelle il s’agit de mettre en évidence les différents mécanismes de déformation dans chacune des phases.
A partir de cette connaissance, la seconde partie est la modélisation du comportement mécanique lors de
déformations simulant la mise en forme par emboutissage, à partir de modèles physiques de déformation
plastique intragranulaire adaptés à chaque phase.
Travail de thèse
L’étude s’organise autour de deux axes complémentaires :
- des essais mécaniques seront réalisés sur quelques microstructures typiques, fonctions de la composition et
des traitements thermomécaniques. A partir de ces résultats macroscopiques et d’observations
microscopiques, y compris in situ en MET avec l’équipe de Toulouse, les mécanismes de déformation seront
précisés dans chaque phase (glissement de dislocations, maclage, transformation de phases…). Des
sollicitations monotones et des déformations complexes seront réalisées de façon à définir une cartographie
des modes de déformation en fonction de la composition des phases, de leur taille, de leur morphologie et de
leur topologie.
- sur la base de ces caractérisations et de l’analyse quantitative de la microstructure, une modélisation sera
développée par éléments finis sur la base de la plasticité cristalline. Les paramètres du modèle seront
identifiés directement à partir des caractérisations microscopiques réalisées au point précédent, soit par
identification à partir de la comparaison des prévisions du modèle et des résultats expérimentaux (courbes
contrainte-déformation, champs de déformation…).
Ces deux approches doivent permettre, à l’issue du travail de thèse, de donner des indications précises sur
l’optimisation des microstructures et de compositions pour atteindre les caractéristiques mécaniques visées dans
le projet.
L’ensemble de cette thèse se déroulera au laboratoire Mécanique des Sols, Structures, et Matériaux (MSSMat –
UMR CNRS 8579) avec des essais spécifiques au CEMES (UPR CNRS 8011) de Toulouse, et en étroite
collaboration avec les partenaires du projet ANR.
Expérience souhaitée / profil : Formation en métallurgie avec de très bonnes bases en mécanique des matériaux.
Une première expérience de microscopie en transmission au cours du stage de Master serait bienvenue.
RELATIONS CONTRACTUELLES : ANR, ArcelorMittal, Grenoble INP, Ecole des Mines de
Paris, Université de Lille, Université d’Aix-Marseille, CEMES
Mots-clés : Aciers pour l’automobile, comportement mécanique, expérimentation, modélisation,
microstructures de dislocations.