Étude expérimentale et modélisation des cinétiques de transformation de phase dans un alliage de titane

Experimental study and modelling of phase transformation kinetics in a titanium alloy

• Auteur / Autrice : Nabil Kherrouba
• Direction : Denis Carron, Mabrouk Bouabdallah, Riad Badji
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 03/07/2017
• Etablissement(s) : Lorient en cotutelle avec École nationale polytechnique (Alger)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Merzak Laribi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Djamel Bradai, Frédéric Deschaux-Beaume, Charlie Kahloun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Changement d'état (physique)

Microstructure (physique)

Traitement thermique

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Ti-6Al-4V

Cinétiques de transformation de phase

Kinetics phase transformations

Résumé

L’objectif de cette thèse est l’étude expérimentale et la modélisation des évolutions microstructurale et des cinétiques de transformation de phase α + β → β → αII dans l’alliage de titane Ti-6Al-4V dans des conditions isothermes et non-isothermes. Dans cette optique, diverses techniques ont été utilisées (DSC, MEB, microscopie optique, résistivité électrique in-situ et DRX). L’équation de KM-JMA a été utilisée pour décrire les cinétiques de transformation de phase en conditions isothermes. Une approche basée sur le principe d’additivité est proposée pour adapter l’équation de KM-JMA pour les transformations de phases non-isothermes et est comparée à celle utilisant la notion de temps fictif. Les paramètres de cinétique de transformation de phase (n, k et Q) sont ainsi déterminés et interprétés sur la base des résultats de l’analyse métallographique réalisée. Les mécanismes des différentes transformations de phase ont été discutés en tenant compte de l’analyse microstructurale et des paramètres de cinétiques déterminés. Enfin la cinétique de transformation de phase βm → αII en condition isotherme a été simulée à l’aide du logiciel MatCalc et modélisée en utilisant la théorie de germination – croissance ainsi que l’équation de KM-JMA.

The aim of this thesis is to experimentally study and to model the kinetics of α + β → β → αII phase transformations in Ti-6Al-4V alloy for isothermal and non-isothermal conditions. To this purpose, several technics have been performed (DSC, SEM, optical microscopy, in-situ electrical resistivity and XRD). The KM-JMA equation has been used to describe the kinetics of phase transformations during isothermal holdings. An approach based on the additivity rule has been developed to adapt the KM-JMA equation to non-isothermal phase transformations and is compared to the one using the fictitious time. Kinetics parameters (n, k and Q) have been determined using this approach and discussed based on the microstructural analysis. Mechanisms of the α + β → β → α phase transformations have been discussed by considering the microstructural analysis and the kinetics parameters already determined. Finally, the βm → αII phase transformation kinetics in isothermal conditions has been simulated with the MatCalc software and modelled using both the nucleation – growth theory and the KM-JMA equation.