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Thèse CEMEF 2022 : Modélisation tribologique du laminage à froid d’aciers inoxydables

Postée le 20 avr.

Lieu : - MINES Paris, CEMEF, Sophia Antipolis (80%) - APERAM, Centre de Recherches d’Isbergues (15%) - APERAM, site de Gueugnon (5%)  · Contrat : CDD · Rémunération : Salaire annuel brut: 27k€ environ €

Société : Mines Paris - CEMEF

Leader mondial dans le domaine des matériaux, des procédés et de leur modélisation, le CEMEF réalise une recherche partenariale avec l'industrie et forme des experts (doctorats et mastère spécialisé).
Pluridisciplinaire, le CEMEF étudie tous les types de matériaux (métaux et alliages métalliques, polymères synthétiques et issus de la biomasse, composites, béton...) et de procédés industriels en s’intéressant aux différentes étapes de la vie du matériau :
élaboration -> mise en forme -> traitements thermiques -> assemblage -> propriétés d'usage -> recyclage
Elément majeur d’innovation, sa compréhension du comportement des matériaux aux différentes échelles, de l'interaction outil-matière, de l’impact des procédés sur les propriétés finales permet l’optimisation et le développement de procédés de fabrication de plus en plus complexes et contraints (technologie, énergie, environnement…).
Il s’appuie sur des approches couplant techniques expérimentales et modélisations numériques
Le CEMEF, c'est plus de 160 ingénieurs, chercheurs, étudiants, techniciens, animés par la même curiosité face à la complexité des phénomènes, la même envie de se dépasser pour agrandir le champ des connaissances, le même goût du défi scientifique.
C’est un centre de recherche de MINES ParisTech, associé au CNRS.
Spécialisations : polymères, bioplastiques, composites, métaux, alliages métalliques, transformation des matériaux, physique, mécanique, thermique, propriétés d'emploi, tenue en service, modélisation numérique, développement logiciel, calcul intensif, surfaces.
L'offre de thèse représente chaque année 15 à 20 sujets très divers et en lien avec les domaines scientifiques abordés au CEMEF. Plus de détails et candidature en ligne sur le site du CEMEF :
https://www.cemef.minesparis.psl.eu/offre-sujets-these/

Description du poste

Le laminage à froid n’a pas seulement pour but de réduire l’épaisseur, il doit en plus augmenter les propriétés mécaniques mais aussi transformer l’état de surface. Pour les aciers inoxydables, on part d’une surface macro-rugueuse, grenaillée et attaquée, et on doit atteindre un brillant quasi-miroir. Cela passe nécessairement par une refermeture des profonds cratères de grenaillage (Fig. 1a [1]). Ces derniers sont des réservoirs à lubrifiant dont la mise en pression s’oppose à ce lissage. L’expulsion du lubrifiant et la fermeture concomitante des cratères fait l’objet du phénomène plasto-hydrodynamique (Fig. 1b [2]).
Si la température de contact dérive, intervient aussi, comme mentionné plus haut, la formation sur le cylindre d’une couche de transfert adhésif rugueuse qui laboure la surface de la bande (Fig. 2) et accroît considérablement le frottement [3]. L’endommagement qui en résulte peut être cause de la formation, en fin de laminage, de microfissures qui dégradent la brillance.
Les travaux se placent donc au carrefour de la thermique du système bande-cylindre, de l’adhésion métal-métal en contact lubrifié, de l’endommagement mécanique de surface et de la modélisation en tribologie. Le but pratique pour l’entreprise est de doter un logiciel existant de conception de gamme de laminage des capacités de prédire et d’intégrer ces mécanismes pour orienter le schéma de passe vers un régime à la fois productif et peu endommageant pour la surface de la bande. Le programme de travail comporte :

1) la modélisation thermique couplée bande – cylindre : méthode des différences finies, sachant que la déformation plastique de la bande est la source de chaleur principale, le frottement à l’interface la source secondaire et que le transfert thermique se fait à grand nombre de Péclet (advection dominante).

2) L’implémentation d’un module de modélisation de l’épaisseur de film lubrifiant sur la base de l’équation de Reynolds. Le modèle de Lo & Wilson [2] servira à modéliser les premières passes de laminage, jusqu’à la refermeture des cratères de grenaillage, une forme plus classique [4] prenant alors le relais.

3) Sur la base de l’épaisseur de film lubrifiant, de la température de surface et d’un modèle simple d’endommagement de surface, une analyse du transfert adhésif sera menée à l’instar de [5], en termes d’existence ainsi que de rugosité. Cette dernière servira, à l’aide de modèles tribologiques adéquats entre surfaces rugueuses [6], à déterminer la composante « limite » du frottement.

4) L’ensemble de ces modèles et conclusions fera l’objet d’expériences de validation comportant des essais tribologiques en laboratoire, des essais (passés ou à venir) sur laminoir pilote avec des mesures thermiques, et de l’analyse de mesures en production.

Plus d'infos sur :
https://www.cemef.minesparis.psl.eu/offre-de-these-modelisation-tribologique-du-laminage-a-froid-daciers-inoxydables/

Profil recherché

Mécanique, Modélisation numérique, langage python.
Une formation en tribologie et/ou thermique du contact serait appréciée, ainsi que la motivation tant pour le numérique que pour l’expérience.
Rigueur et capacité à s’investir pleinement dans un sujet.
Aptitude au travail en équipe.
Maitrise de la langue anglaise (niveau B2 minimum).

Pour postuler :

Candidatures en ligne uniquement sur :
https://applyfor.cemef.mines-paristech.fr/phd/

Documents à fournir :
- votre CV*
- relevé officiel et détaillé de notes de vos dernières années d'études
- 1 ou 2 lettres de recommandation (professeur ou responsable de stage)
*pièce obligatoire pour valider la candidature, les autres documents pourront être adressés ultérieurement.