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Recherche de candidat(e) en thèse / PhD student

Usinabilité des alliages de titane beta-métastable – Influence des conditions sévères de chargement thermomécanique et réactivité chimique avec l’outil...

Machining of beta-metastable titanium alloys – Effect of severe thermomechanical loading conditions and chemical reactivity with the cutting tool

Usinabilité des alliages de titane beta-métastable – Influence des conditions sévères de chargement thermomécanique et réactivité chimique avec l’outil de coupe

Le sujet proposé s’intègre dans un vaste projet visant à comprendre et à quantifier l’impact des éléments de la microstructure des alliages de titane sur l’usinabilité et l’usure des outils de coupe. Atteindre ces objectifs permettra d’aider au design de microstructures idéales pour les alliages de titane en fonction d’un cahier des charges donné, et de fournir des données matériaux indispensables pour aider les bureaux d’étude dans leur choix de matériaux et aider aux simulations des procédés d’usinage. Ce projet est soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche, et fait intervenir plusieurs partenaires industriels et académiques.
L’étude réalisée au CIRIMAT portera sur un alliage de titane beta-métastable car cette famille d’alliage offre la capacité de fabriquer un large éventail de microstructures et les phases formées peuvent être figées par trempe. Le premier volet de ce travail de thèse sera axé sur l’étude expérimentale des transformations de phases au cours de traitements thermiques et sur l’identification de chemins thermiques pour l’obtention de microstructures "modèles". Les cinétiques de changements de phases de ces microstructure "modèle" seront ensuite étudiées par suivi de mesure de la résistivité électrique (voire par diffraction des rayons X synchrotron in situ) lors d’une sollicitation thermique et thermomécanique afin d’appréhender le comportement du matériau en surface, là où se produit un échauffement local associé à l’opération d’usinage. Le second volet sera consacré à l’étude de la réactivité chimique entre l’outil de de coupe et le matériau. L’originalité de l’approche sera de réaliser des couples de diffusion instrumentés en force pour différentes conditions de traitement thermique et thermomécanique. Les résultats obtenus seront ensuite comparés à un modèle thermo-cinétique et à ceux obtenus en condition de coupe orthogonale.
Pour répondre à ces questionnements scientifiques, le(la) candidat(e) mettra en œuvre différentes techniques de traitement et de caractérisation pour conduire des études et des analyses quantitatives à plusieurs échelles et pour différents modes de chauffage (anisotherme et isotherme) en tentant à chaque étape d’expliciter les processus mis en jeu. Cette étude nécessitera l’emploi de techniques de caractérisation in situ (résistivité, dilatométrie) et post mortem (MO, analyse d’image, MEB, MET, DRX,…).
Les candidat(e)s doivent être titulaires d’un diplôme d’ingénieur ou d’un master en science des matériaux. Des connaissances dans le domaine de la thermodynamique et des transformations de phases à l’état solide dans les alliages métalliques ainsi qu’un goût certain pour l’expérimentation seront grandement appréciés.

Toutes les personnes intéressées remplissant les conditions listées ci-dessus sont invitées à envoyer leur CV et lettre de motivation à :
-  Moukrane Dehmas – CIRIMAT – moukrane.dehmas ensiacet.fr
-  Dominique Poquillon – CIRIMAT – dominique.poquillon ensiacet.fr

Date de démarrage : septembre/octobre 2019
Salaire mensuel brut : 1900 euros

Machining of beta-metastable titanium alloys – Effect of severe thermomechanical loading conditions and chemical reactivity with the cutting tool

The proposed project’s overall objective is to understand and to quantify the effect of the microstructural features of titanium alloys on the machining and the wear of cutting tools. To achieve the goal will allow establishing the best link between the microstructure and the machinability properties and contributing through this approach to the design of "ideal" microstructures as a function of requirement specification. This project is supported by the French National Research Agency, and involves several industrial and academic partners.
The student will work in the CIRIMAT, Toulouse and the study will focus on a beta-metastable titanium alloy because this class of titanium alloys offers the ability to design a wide range of microstructures and the formed phases can be frozen by quenching. The first part of the PhD work will focus on the experimental study of phase transformations during heat treatments and the identification of thermal paths to obtain specific microstructures. The phase transformation kinetics of these specific microstructures will then be studied by in situ electrical resistivity measurements (or even by in situ synchrotron X-ray diffraction) during thermal and thermomechanical solicitations in order to get a better understanding of the material behavior near the surface (i.e. where an overheating occurs due to the machining operation). The second part will be devoted to the study of the chemical reactivity between the cutting tool and the material. The objective of the approach will be to achieve instrumented diffusion couples in force for different thermal and thermomechanical conditions. The results will then be compared with a thermo-kinetics model and those obtained under orthogonal cutting conditions.
Different characterization techniques will be used to obtain quantitative analyzes at several scales and for different heating conditions (anisothermal and isothermal) by attempting at each stage to explain the mechanisms involved in order to assess the impact of the initial microstructure on the kinetics of phase transformation and the reactive nature of the surfaces. This study will require the use of in situ characterization techniques (resistivity, dilatometry) and post mortem (OM, image analysis, XRD, SEM,...).
Candidates must hold an engineering or master’s degree. A solid background in the field of the phase equilibrium and phase transformation in solid state in the metallic alloys as well as a definite taste for the experimental will be highly appreciated.

Application : all interested persons fulfilling the above listed requirements are invited to send their CV and cover letter outlining your motivation to :
-  Moukrane Dehmas – CIRIMAT – moukrane.dehmas ensiacet.fr
-  Dominique Poquillon – CIRIMAT – dominique.poquillon ensiacet.fr

Starting date : September/October 2019
Gross salary : 1900 euros