Extension d'un modèle de recristallisation dynamique discontinue à champ-moyen vers les hautes vitesses de déformation sur un acier 316L.

Extension of a discontinuous dynamic recrystallization mean-field model to high strain rates on 316L steel.

• Auteur / Autrice : Marion Roth
• Direction : Marc Bernacki, Nathalie Bozzolo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Modèle champ-moyen

Croissance de grains

Recristallisation dynamique discontinue

Topologie

Germination

316l

Mean-field model

Grain growth

Discontinuous dynamic recrystallization

Topology

Nucleation

316l

Résumé

D'innombrables produits impliqués dans notre vie quotidienne reposent sur des pièces en métal. L'optimisation de ces pièces nécessite de savoir comment les propriétés du matériau changent pendant les opérations de mise en forme. Même si la compréhension des phénomènes métallurgiques sous-jacents a évolué grâce au progrès continu des installations expérimentales, l'intérêt pour des simulations de plus en plus fines et prédictives a récemment augmenté. Dans ce contexte émergent du «numérique métallurgie », le consortium DIGIMU a deux objectifs principaux : Le premier est de développer un cadre numérique multi-échelles efficace spécifiquement conçu pour s'attaquer à ces problèmes. La seconde consiste à amener les méthodes numériques correspondantes à un niveau de maturité industrielle, en diminuant significativement leur coût de calcul et en les validant par rapport aux expertises existantes au sein du consortium DIGIMU. Dans ce contexte, des modèles en champ complet et en champ moyen dédiés à la des simulations de phénomènes de recristallisation sont développés. Les approches en champ complet impliquent la description de la topologie complète des microstructures considérées (grains, phases ...) alors que les champs moyens utilisent des descriptions approximatives. Les approches en champ complet impliquent la discrétisation de la microstructure contrairement aux champs moyens qui sont des modèles phénoménologiques ou basés sur des équations simplifiées prédisant les évolutions des attributs de microstructure (valeurs moyennes ou même répartition des caractéristiques principales). Si les approches en champ complet restent plus précises, leur coût numérique est généralement telle que ces méthodes ne peuvent être envisagées à l'échelle industrielle. Ici apparaît l'intérêt des méthodes de champ moyen, dont le coût numérique est beaucoup plus raisonnable et qui peuvent être utilisé à l'échelle macroscopique des simulations de mise en forme de métaux. L'équipe DIGIMU développe les deux approches en tandem, ce qui permet un enrichissement mutuel. Certaines équations en champ moyen peuvent alors être utilisé dans des simulations en champ complet et des simulation en champ complet peuvent être considérés comme des tests numériques pour améliorer les modèles en champ moyen. Dans ce contexte, un nouveau modèle de champ moyen a été récemment développé [1]. Si ce modèle a déjà prouvé son intérêt sur certains aciers inoxydables subissant une recristallisation dynamique discontinue (DDRX), ildoit être encore améliorée et élargie. Différents items seront considérés lors de ce doctorat: • les équations dédiées à la nucléation ou à l'apparition de ReX des grains seront améliorés. • les mécanismes post-dynamiques et statiques seront pris en compte. • la plage de validité des termes de déformation et de vitesse de déformation agrandi. De plus, les développements qui en résulteront seront préparés pour intégration dans le progiciel FORGE®, outil mondial de simulation thermomécanique des processus.

Countless products involved in our every-day life rely on vital metal parts. Optimizing these parts requires a knowledge of how material properties change during forming operations. Although the understanding of the underlying metallurgical phenomena has improved thanks to the continuous progress of experimental facilities, the interest for increasingly fine and predictive simulations has been recently growing. In this emerging context of “digital metallurgy”, the DIGIMU consortium has two main objectives. The first one is to develop an efficient multiscale numerical framework specifically designed to tackle such problems. The second one is to bring the corresponding numerical methods to an industrial level of maturity, by decreasing significantly their computational cost and by validating them against the industrial expertise existing in the DIGIMU consortium. In this context, full field and mean field models dedicated to the simulation of recrystallization phenomena are developed. Full field approaches imply the description of the full topology of the considered microstructures (grains, phases...) whereas mean field models use approximated descriptions. Full field approaches imply the discretization of the microstructure where mean field models can be phenomenological or based on simplified equations predicting the evolutions of the microstructure attributes (mean values or even distribution of main caracteristics). If full field approaches remain more precise, their numerical cost is generally such that these methods cannot be envisaged at the scale of an industrial part. Here appears the interest of mean field methods, whose numerical cost is much more reasonable and which can be used at the macroscopic scale of metal forming simulations. The DIGIMU team develops both approaches in tandem, which allows mutual enrichment. Some main field equations can then be used in full field simulations and full field simulations can be seen as numerical tests to discuss/improve mean field models. In this context a new mean field model was recently developed [1]. If this model already proved its interest on some stainless steels undergoing discontinuous dynamic recrystallization (DDRX), it needs to be further improved and expanded. Different items will be considered during this PhD: • the equations dedicated to nucleation or appearance of ReX grains will be improved, • post-dynamic and static mechanisms will be taken into account, • the range of validity if terms of strain and strain rate will be enlarged. Moreover, the resulting developments will be prepared for integration in the FORGE® software package, that is a worldwide spread tool for thermomechanical simulation of industrial processes.