Widad Ayadh a soutenu sa thèse sur le procédé de recyclage d’alliages de titane par fusion plasma (PAM-CHR)

Widad Ayadh, ingénieure R&D à l’IRT M2P, a soutenu sa thèse le jeudi 12 décembre 2024 sur le campus Artem à Nancy. Ses travaux de recherche ont été menés dans le cadre du projet TiARe porté par l’IRT M2P, Aubert & Duval, Safran et l'Institut Jean Lamour.

A propos de sa thèse

« Étude du procédé de recyclage d’alliages de titane par fusion plasma (PAM-CHR) pour application aéronautique »

Résumé

Le procédé de refusion par plasma d’arc (PAM-CHR) permet l’affinage et le recyclage pour la production d’alliages de titane garantissant une propreté inclusionnaire conforme aux exigences de qualité aéronautique. Ces travaux de thèse se concentrent sur l’étape de fusion du procédé. Cela correspond à l’étape d’entrée et de fusion de la matière pour permettre son écoulement vers le creuset d’affinage et sa solidification dans la lingotière, ainsi que sur l’élimination des inclusions de hautes densité (HDIs) et principalement celles à faible densité (LDIs). Les creusets sont refroidis à l’eau et la chaleur nécessaire pour la chauffe et la fonte du métal est générée par 3 torches à plasma.

A partir d’un modèle 3D développé pour la modélisation du creuset d’affinage, un complément par ajout du modèle du creuset de fusion a permis d’obtenir une modélisation 3D complète de l’écoulement du métal liquide dans les différents creusets du four PAM-CHR à l’aide du logiciel CFD Ansys-Fluent. Les simulations ont été confrontées à des mesures expérimentales avec une comparaison évaluée satisfaisante. Cette étape a permis d’initier la modélisation de trajectoire et d’élimination des inclusions (HDIs et LDIs).

Les HDIs sont globalement éliminées par piégeage dans le creuset de fusion en moins d’une seconde. Un essai d’ensemencement vient confirmer ce constat. Pour les LDIs, des essais de dissolution ont été mis en place dans un four à bombardement électronique (BE) afin de définir à la fois le mécanisme de dissolution et les différents paramètres intervenants lors de ce processus.

En effet, un modèle de dissolution par diffusion d’azote basé sur le modèle de dissolution DissolTiN, façonné pour des particules denses et lisses et adapté à des éponges de titane nitrurées rugueuses et poreuses, ainsi que sur les résultats expérimentaux au four BE a été implémenté pour l’élimination des LDIs. Les deux creusets du four PAM-CHR contribuent à l’élimination des LDIs, soit par piégeage soit par dissolution (>80%) qui dépend fortement de la porosité, de l’état de surface et de la taille des particules.

Jury

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