STAGE : Analyse de sensibilité des paramètres de simulation CFD du procédé de cémentation F/H

Pour améliorer la résistance et la résistance à la fatigue, les engrenages sont généralement fabriqués en acier dont la surface a été renforcée par des traitements thermochimiques (cémentation, carbonitruration, etc.). Ces traitements entraînent des modifications microstructurales qui provoquent un durcissement superficiel et l'apparition de contraintes résiduelles, notamment de compression, permettant ainsi d'augmenter localement les performances de l'acier face aux sollicitations mécaniques cycliques auxquelles les dentures peuvent être soumises.
La présente étude porte sur la cémentation/trempe des pièces. Ce procédé consiste à diffuser du carbone dans la pièce à haute température. L'enrichissement en carbone à haute température est suivi d'un refroidissement rapide, permettant la formation de phases durcissantes sous-surfaciques qui améliorent les propriétés mécaniques locales. La tenue en fatigue des pièces traitées dépend directement de la répartition spatiale de ces phases durcissantes en profondeur, ainsi que de leurs caractéristiques métallurgiques intrinsèques. En revanche, la trempe peut provoquer des distorsions des pièces, difficiles à maîtriser. Actuellement, la mise en place des gammes de traitement se fait par des itérations essais/erreurs, ce qui demande beaucoup de temps de développement et entraîne des coûts importants. Il est donc essentiel de développer des méthodologies de simulation numérique du procédé afin de mieux maîtriser et optimiser les gammes de traitement en fonction des cahiers des charges des produits.
Dans ce contexte, le stagiaire sera accueilli au sein du pôle « Matériaux et Procédés » de Safran Tech, le centre de recherche du groupe Safran. Le travail consistera à mettre en place une simulation CFD du procédé de cémentation/trempe sur des pièces industrielles telles que des pignons, en utilisant le logiciel Qobeo. Une analyse de sensibilité des différents paramètres du modèles devra être réalisée (maillage, modèle de turbulence, émissivité etc …). Une analyse critique des résultats numériques ainsi qu'une comparaison aux résultats expérimentaux est attendue. Enfin un couplage des résultats de simulation CFD à un calcul thermo-mécanique dans Forge devra être réalisé afin de prédire les distorsions subies lors du procédé. L'objectif est d'obtenir une méthodologie numérique robuste du procédé de cémentation/trempe permettant de prédire les distorsions induites par ce procédé.

Le(a) stagiaire aura pour mission :

• La prise en main des outils de simulation numérique (Forge®, Qobeo, et potentiellement Ansys).
• La mise en place d'un cas industriel de simulation CFD de cémentation/trempe
• L'analyse de sensibilité de certains paramètres du modèle
• Le couplage entre les résultats de simulation CFD et un calcul thermo-mécanique
• La mise en place de scripts Python notamment pour le post-traitement des résultats
• La comparaison des résultats expérimentaux et numérique (thermiques et distorsions)

Formation : niveau Master 2

Aptitudes et expériences souhaitées :

• Connaissances en simulation des procédés et en mécanique des fluides
• Connaissances théoriques de la méthode des éléments-finis : une première expérience sur un code commercial ou académique serait un plus
• Une maitrise des techniques de pré-traitement (CAO, maillage) et post-traitement (Paraview, Python) serait appréciée
• Capacité à travailler en équipe
• Capacité de synthèse et de restitution des travaux réalisés