Dynamiques interactives d'écoulement de fluide et solidification d'alliages métaliques

Interactive dynamics of fluid flow and metallic alloys solidification

• Auteur / Autrice : Sicheng Zhao
• Direction : Bernard Billia, Qiusheng Liu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la matière
• Date : Soutenance le 25/07/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3 en cotutelle avec University of Chinese academy of sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Youshi Hong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Billia, Qiusheng Liu, Lounès Tadrist, Henri Nguyen Thi, Qisheng Chen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solidification

Porosité

Perméabilité

Instabilité de Rayleigh-Taylor

Microstructure (physique)

Alliages binaires

Mots clés libres

Solidification dirigée

Alliages

Microstructures

Couche pâteuse

Zone poreuse, Convection

Instabilité

Rayleigh

Marangoni

Perméabilité inhomogène

Directional solidification

Alloys

Microstructures

Mushy layer

Porous medium

Convection

Instability

Rayleigh

Marangoni

Inhomogeneous permeability

Résumé

Nous avons étudié les phénomènes convectifs et leur interaction dynamique avec la formation des microstructures pendant la solidification dirigée d’alliages étalliquesbinaires.La méthode post-mortem a été utilisée d’abord pour étudier la Transition olonnaire-Equiaxe pendant la solidification dirigée d’échantillons cylindriques d’Al-3,5wt%Ni non affiné sous la Technique de Rotation Accélérée de Creuset. La simulation numérique a été éffectuée et acquérie les résultats en concordance avec les manipulations.La technique in-situ a été appliquée pour comprendre l’évolution en fonction de temps des grains pendant solidification d’Al-4wt%Cu. La caractéstiques tatistiques des grains ont été discutées.La convection d’instabilité déclenchée par la poussée ou la tension superfaciale sous les gradients thermiques verticale et horizontale dans un système de double couches liquide-zone poreuse ont réspectivement étudié par analysis d’instabilité linéaire.L’inhomogénéité de la perméabilité de zone pateuse dendritique a été tenue en compte afin de comprendre son influence sur le début de convection pendant la solidification dirigée d’Al-3,5wt%Li.

We studied the convective phenomena and their dynamical interaction with the formation of the microstructurs during directional solidification of binary metallic alloys.The post-mortem method was used first to study the Columnar-Equiaxed-Transition during the directional solidification of unrefined Al-3.5wt%Ni in cylindric samples under the Accelerated Crucible Rotation Technique. The numerical imulation was carried out and achieved the results in agreement with experiments.The in-situ technique was applied to understand the evolution of equiaxed grains during solidification of Al-4wt%Cu in function of time. The statistical characteristics of equiaxed grains were discussed.The buoyancy-driven and surface-tension-driven instability convection under vertical and horizontal thermal gradients in a liquid-porous double-layered system were respectively investigated through linear instability analysis.The inhomogeneity of the dendritic mush permeability was taken into account in order to understand its influence on the triggering of convection during the directional solidification of Al-3.5wt%Li.