Des alliages binaires (Fe-P), ternaires (Fe-P-Mo et Fe-P-C) et quaternaires (Fe-P-Mo-C) de différentes compositions seront élaborés au LGF (Saint-Etienne) par fusion en nacelle froide. Après solidification, les alliages seront traités de façon à obtenir une structure ferritique à gros grain.

On réalisera sur les matériaux élaborés des traitements de vieillissement isotherme. Les temps et températures de vieillissement seront ajustés sur la base des données cinétiques (issues d’une étude préliminaire de la ségrégation en surface) dans le but d’obtenir, idéalement, l’équilibre thermodynamique. Après vieillissement, la ségrégation aux joints de grains sera caractérisée par spectroscopie Auger sur fracture, STEM-EDX (Scanning Transmission Electron Microscopy – Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) et SAT (Sonde Atomique Tomographique). Les deux premières techniques sont disponibles à Saint-Etienne, et la troisième, à Marseille.

Ce travail permettra de mettre en évidence les influences croisées des différents éléments d’addition (P, C, Mo) sur leur ségrégation intergranulaire. Il s’agira en particulier de caractériser le rôle du molybdène et du carbone sur la ségrégation du phosphore, principal élément fragilisant des aciers faiblement alliés.

Le modèle mathématique SEGGB, développé à l’IM2NP, sera mis en œuvre pour tenter de rationaliser l’effet du carbone et du molybdène sur la ségrégation du phosphore. Le modèle détermine la cinétique de co-ségrégation de P, C et Mo sur un joint de grain en fonction de la température et de la composition de la solution solide. Il s’appuie pour cela sur la thermodynamique des interactions entre les éléments en solution solide. La comparaison entre les quantités ségrégées mesurées sur les alliages de l’étude et celles prédites par le calcul devrait permettre d’optimiser les paramètres d’interaction, et à terme de mieux prévoir la quantité de P ségrégé en fonction des teneurs en Mo et C.

Localisation 

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la chaire industrielle « SIRA », co-financée par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), FRAMATOME et EDF, portant sur la « Ségrégation Intergranulaire et [les] propriétés de Rupture des Aciers faiblement alliés ». La durée attendue d’une thèse est de trois ans. Au cours de ces trois ans, le doctorant partagera son temps entre Saint-Etienne et Marseille, selon un calendrier à discuter. Des séjours ponctuels chez FRAMATOME sont également à prévoir. L’équipe encadrante sera constituée d’enseignants-chercheurs du LGF (Mines Saint-Etienne) et de l’IM2NP (Aix Marseille Université), ainsi que d’ingénieurs-chercheurs de FRAMATOME.

Bac + 5, Ingénieur.e ou Master recherche en science des matériaux

Très bonnes connaissances en métallurgie

Goût prononcé pour l’expérimental et la modélisation.

Très bonne capacité d’analyse, de synthèse, de communication et de rédaction

Intérêt pour la recherche fondamentale

Niveau de français et d’anglais suffisant (B2 au minimum)