Recherche Avancée

Thèse soutenue

Étude expérimentale et modélisation mathématique des cinétiques de nitruration et de dénitruration des alliages NiCr liquides

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Auteur / Autrice : Laurence Basquin-Petitnicolas, Denis Ablitzer
Direction : Alain Jardy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science et génie des matériaux
Date : Soutenance en 1996
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de science et génie des matériaux et de métallurgie (Nancy....-2008)
Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Allibert, Jean-François Wadier

Résumé

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L’objectif de ce travail est d'améliorer les connaissances relatives au transfert d'azote aux interfaces gaz-métal liquide, en particulier dans le procédé de fusion par induction sous vide (VIM). Deux moyens ont été mis en œuvre. D’une part l'expérimentation, réalisée à partir d'un dispositif basé sur la méthode de Sieverts, d'autre part une modélisation mathématique et numérique du procédé. L’étude expérimentale a tout d'abord permis la mesure de la solubilité de l'azote dans les alliages NiCr liquides, puis la détermination des cinétiques globales de nitruration et de dénitruration de ces alliages. Le modèle mis en œuvre calcule les forces électromagnétiques responsables du brassage. Leur connaissance permet de calculer l'hydrodynamique du bain métallique en tenant compte de la nature turbulente de mouvement. Une attention particulière a été portée à la description de la turbulence à la surface libre et de la forme de cette surface. La connaissance des vitesses en tout point du bain permet de décrire le transfert d'azote (cartes de concentration en azote, évolution du titre moyen en azote au cours du temps) et de simuler les expériences de nitruration et de dénitruration. Un modèle simplifié de transfert de matière, basé sur l'hypothèse du réacteur parfaitement agité, a egalement été développé. La comparaison de la modélisation et de l'expérimentation permet de préciser le régime limitant le transfert d'azote. La démarche a également été appliquée aux réactions de dénitruration dans un four VIM de laboratoire. Nous avons pu mettre en évidence que, dans les conditions opératoires de l'ensemble de nos expérimentations, Le transfert d'azote est contrôlé par un régime chimique. Le modèle peut être utilisé plus généralement pour étudier l'interaction d'un gaz avec un métal liquide et les transferts de matière aux interfaces