Добірка наукової літератури з теми "Procédé de refusion"

La production d’aciers inoxydables à bas carbone a nécessité la mise au point de procédés d’affinage complexes, depuis (i) la décarburation (affinage oxydant) initialement dans le seul four à arc, jusqu’aux méthodes (ii) d’affinage sous vide (VOD) puis avec dilution à l’argon (AOD). Les tentatives d’affinage de la fonte au chrome ont nécessité d’adapter des convertisseurs d’affinage à l’oxygène en usage dans les aciers non alliés (Kaldo, convertisseurs à soufflage par le fond), mais c’est le procédé AOD qui a eu le dernier mot. Des exigences qualitatives particulièrement sévères ont nécessité la mise au point de procédés spécifiques : refusion ESR (propreté inclusionnaire), VOD poussé (très basses teneurs en C et N) ; refusion sous pression (PESR pour les nuances fortement renitrurées), métallurgie des poudres. Des filières modernes de production d’aciers inoxydables en produits plats dans des usines intégrées se sont aussi greffées sur la chaîne traditionnelle de traitement de la fonte (haut-fourneau, convertisseur, coulée continue, train à bandes).

Resum: En un context de persecució contra la minoria social dels conversos de jueu com la que es vivia a la València dels inicis del segle xvi, Antoni Moxó, un convers que sempre s’havia mostrat públicament com un cristià creient, va ser descobert d’una manera circumstancial. Afectat per una malaltia transitòria, que li provocava episodis de demència, els seus veïns es veieren en l’obligació de salvar-li l’ànima i obligar-lo a rebre els sagraments de la confessió i de l’eucaristia. Més enllà dels seus orígens conversos, fins i tot sense importar la seua conducta sexual ‘reprovable’, els inquisidors tingueren prou a demostrar que l’acusat no creia en el dogma de la transsubstanciació per condemnar-lo a la foguera. En aquest treball ens endinsem en el procés inquisitorial del cotamaller Antoni Moxó per aprofundir en les experiències vitals d’un personatge desconegut, abocat a la mort per no voler combregar, segurament a causa del seu estat mental.Palabras clave: Conversos, Inquisició, València, JudaismeAbstract: The early 16th century in Valencia witnessed a period of intense persecution against the social minority of Jewish converts. Antoni Moxó, a convert who consistently presented himself publicly as a believing Christian, was discovered by accident. His neighbors felt compelled to save his soul and forced him to receive the sacraments of confession and the Eucharist after he was affected by a transient illness that caused episodes of dementia. Despite his converso origins and ‘reprehensible’ sexual behaviour, the inquisitors only needed to demonstrate that Moxó did not believe in the dogma of transubstantiation to condemn him to the stake. This study delves into the inquisitorial process of Antoni Moxó in order to explore the life experiences of an unknown person who was condemned to death for refusing to take communion, likely due to his mental state.Keywords: Converts, Inquisition, Valencia, Judaism

Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (Electro Slag Remelting ou ESR) est aujourd’hui largement utilisé pour la production d’alliages métalliques à haute valeur ajoutée, comme les aciers spéciaux ou les superalliages base nickel. La modélisation mathématique et la simulation numérique du procédé ESR présentent un grand intérêt puisque les études expérimentales sur installations industrielles sont coûteuses et souvent difficiles à mettre en oeuvre. Ainsi, afin d’améliorer la compréhension et la maîtrise de la conduite d’une refusion, un modèle prédictif a été développé dans le cadre de cette étude. Il décrit les transferts couplés de chaleur et de quantité de mouvement lors de la croissance et de la solidification d’un lingot, en géométrie axisymétrique. La résolution des équations est basée sur une approche de type volumes finis. Le modèle tient compte de l’effet Joule dans le laitier résistif, des forces électromagnétiques et de la turbulence éventuelle de l’écoulement des phases liquides. La zone pâteuse est traitée comme un milieu poreux. Le modèle permet notamment de prédire la formation de la peau de laitier solide qui entoure le laitier et le lingot. Par ailleurs, il offre l’avantage de simuler le comportement du lingot et du laitier après la coupure finale du courant.Le développement s’est accompagné d’une importante étape de validation. Quatre refusions à l’échelle industrielle ont ainsi été réalisées à l’aciérie des Ancizes (Aubert&Duval). Les observations expérimentales ont ensuite été confrontées aux résultats du calcul. La comparaison a montré que le modèle peut être utilisé afin de prédire le comportement du procédé, à condition d’accorder une attention particulière à l’estimation des propriétés thermophysiques du métal, et surtout du laitier. Enfin, afin d’illustrer l’utilisation du modèle comme support à la compréhension du procédé, nous avons étudié l’influence de la variation de paramètres opératoires tels que la profondeur d’immersion de l’électrode, le taux de remplissage ou la pression de l’eau de refroidissement
Electro Slag Remelting (ESR) is widely used for the production of high-value-added alloys such as special steels or nickel-based superalloys. Because of high trial costs and complexity of the process, trial-and-error based approaches are not well suitable for fundamental studies and optimization of the process.Consequently, a transient-state numerical model which accounts for electromagnetic phenomena and coupled heat and momentum transfers in an axisymmetrical geometry has been developed. The model simulates the continuous growth of the electroslag remelted ingot through a mesh-splitting method. In addition, solidification of the metal and slag is modelled by an enthalpy-based technique. A turbulence model is implemented to compute the motion of liquid phases (slag and metal), while the mushy zone is described as a porous medium whose permeability varies with the liquid fraction, thus enabling an accurate calculation of solid/liquid interaction. The coupled partial differential equations are solved using a finite-volume technique.Computed results are compared to experimental observation of 4 industrial remelted ingots fully dedicated to the model validation step. Pool depth and shape are particularly investigated in order to validate the model. Comparison shows that the model can be used as a predictive tool to analyse the process behavior. Nevertheless, it is necessary to pay a particular attention to the estimation of the thermophysical properties of metal and especially slag.These results provide valuable information about the process performance and influence of operating parameters. In this way, we present some examples of model use as a support to analyse the influence of operating parameters. We have studied the variation of electrode immersion depth, fill ratio and water pressure in the cooling circuit

Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (ESR =Electro Slag Remelting) permet de produire des alliages à haute valeur ajoutée utilisés pour des applications critiques. Les mesures in-situ sur les fours industriels étant coûteuses, la simulation numérique est essentielle à la maitrise et à la compréhension de ce procédé complexe. L’Institut Jean Lamour a développé depuis plusieurs années un modèle 2D axisymétrique qui permet de simuler la refusion d’une électrode consommable au sein d’une lingotière considérée comme totalement isolée électriquement du reste du système. Sont alors décrit en régime transitoire les transferts couplés de chaleur et de quantité de mouvement, ainsi que le passage du courant électrique dans le laitier et le lingot lors de la croissance et de la solidification de ce dernier. Les connaissances acquises au cours des dernières années sur le procédé ESR remettent en cause l’hypothèse d’isolation électrique du moule au cours de la refusion. L’objet de cette thèse est d’intégrer et d’étudier la possibilité de passage de courant entre le laitier et la lingotière au cours de la refusion. Un premier modèle a été développé. Il consiste en un calcul électromagnétique complet dans l'ensemble du système pour une géométrie simplifiée. Il a permis de simplifier la mise au point du modèle global, tout en fournissant de premiers résultats. Par la suite, un modèle totalement couplé a été finalisé puis les modifications du code ont fait l’objet de validations avec des mesures expérimentales. Des études de sensibilité ont été menées pour tester l’influence des propriétés du laitier et des paramètres opératoires sur la qualité du lingot final
The ElectroSlag Remelting process (ESR) is widely used to produce high added value alloys for critical applications (aerospace industry, nuclear plants, etc.). Trial-and-error based approaches being expensive, numerical simulation is fundamental to improve the knowledge and the understanding of this complex process. The Institut Jean Lamour has been developing for several years a numerical code to simulate the melting of a consumable electrode, supposedly perfectly cylindrical, within a mold assumed to be perfectly electrically insulated from the electrode-slag-ingot system. Based on these assumptions, the 2-D axisymmetrical transient-state numerical model accounts for electromagnetic phenomena and coupled heat and momentum transfers, to simulate the continuous growth of the electroslag remelted ingot and the solidification of the metal and slag. Recent studies on the ESR process are challenging the insulated mold hypothesis. Therefore, the main objective of the thesis is to acknowledge and study the existence of a mold current during an ESR remelting. A first model has been set-up, aimed to simulate the electromagnetic phenomena in the whole system for a simplified geometry. The possibility of the existence of such a mold current was confirmed. Based on this work, a fully-coupled model has then been developed and the results have been compared with experimental data to check the validity of the modifications. The influence of slag properties and operating parameters on the final quality of the ingot has been tested

Le comportement de l'arc électrique dans le procédé de refusion var conditionne les distributions d'énergie et de courant électrique au sommet du lingot, ainsi que le transport des espèces volatiles dans la phase gazeuse. Une étude expérimentale de l'arc électrique est menée sur un four var industriel instrumenté, lors de la refusion d'un alliage de zirconium. Des observations par vidéo rapide synchronisées avec l'enregistrement à haute fréquence de la tension d'arc permettent de décrire le comportement de l'arc électrique et ses interactions avec les mécanismes de transfert des gouttes de métal liquide de l'électrode au lingot. Un diagnostic, résolu spatialement, du plasma d'arc par spectroscopie d'émission optique permet de déterminer la proportion relative et la température d'excitation des différentes espèces de particules composant le plasma. A partir des résultats expérimentaux obtenus et de l'analyse de la bibliographie relative aux arcs sous vide crées entre deux électrodes solides, nous proposons une démarche de modélisation de l'arc électrique, basée sur une représentation de l'arc comme un ensemble de clusters identiques et indépendants. Dans ce travail, nous nous focalisons sur la description d'un cluster unique, qui combine deux modèles : un modèle cinétique de la formation du plasma dans la région adjacente a la cathode et un modèle hydrodynamique bidimensionnel a deux fluides du jet de plasma en expansion sous vide dans l'espace interélectrode. Le modèle ainsi construit donne accès à la composition du plasma (degré d'ionisation, distribution du nombre de charge des ions) et permet de calculer les grandeurs macroscopiques (densité, vitesse et température) des différentes espèces du jet de plasma, ainsi que la densité de courant électrique et la densité de flux d'énergie cédées par le jet à l'anode. En particulier, le pourcentage de la puissance électrique du cluster transmis par le jet de plasma au bain liquide anodique, prédit par notre calcul (environ 24%), est en bon accord avec la valeur donnée dans la littérature.

Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (ESR) permet d’élaborer des alliages à haute valeur ajoutée caractérisés par une qualité métallurgique améliorée. Ces alliages sont notamment destinés aux industries de pointe, comme l’aéronautique ou l’énergie. La simulation de ce procédé est un outil essentiel afin d’améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu lors des refusions et d’optimiser la conduite du procédé. Afin d’améliorer un modèle 2D axisymétrique du procédé ESR développé par l’Institut Jean Lamour en collaboration avec la société Aubert & Duval, une description précise du transfert de métal liquide via les gouttes a été développée. Dans un premier temps, le comportement des gouttes chutant dans le laitier a été analysé grâce à un modèle diphasique 2D axisymétrique spécifiquement développé. Celui-ci a été nourri par les résultats de simulations tridimensionnelles détaillées de la formation et de la chute des gouttes pendant la refusion ESR, réalisées dans le cadre d’un partenariat avec la Montanuniversität Leoben (Autriche). L’influence que peuvent exercer les gouttes sur l’écoulement du laitier, les transferts thermiques et les phénomènes électromagnétiques a été mise en évidence. Un modèle simplifié d’interactions gouttes-laitier a été implémenté dans le modèle global du procédé ESR. La description du transport de métal liquide au sommet du lingot en cours de croissance a alors été améliorée, et tient notamment compte de l’influence en profondeur des gouttes sur le puits liquide. La nouvelle version du modèle a été validée par comparaison à des lingots de taille industrielle. Afin de discuter du lien entre puissance consommée et vitesse de fusion, un modèle thermique monodimensionnel de l’électrode consommable a été développé. Ce dernier a également été implémenté dans le modèle global du procédé afin d’estimer la vitesse de fusion. Enfin, des refusions à l’échelle industrielle ont été spécifiquement effectuées pour étudier l’influence de la profondeur d’immersion de l’électrode. En associant observations expérimentales et résultats de simulations, trois régimes d’immersion ont été différenciés, en particulier en termes de résistance équivalente du laitier. L’impact de l’immersion sur la solidification du lingot a été discuté
The electroslag remelting process (ESR) is used to produce high added value alloys characterized by a higher metallurgical quality. These alloys are reserved for specific industries, such as aeronautics or energy. Numerical modeling of the ESR process is a tool-of-choice to gain a better understanding of the phenomena occurring during the remelting and optimize the operation. In order to improve a 2D axisymmetric model of the ESR process, previously developed at the Jean Lamour Institute in close collaboration with Aubert & Duval company, an accurate description of the metal transfers to the ingot via the liquid metal droplets has been developed. First of all, liquid metal droplets behavior has been investigated using a specifically developed 2D diphasic model of the slag bath. This model has been supported by 3D detailed simulations of dripping phenomena during electroslag remelting, performed at Montanuniversitaet Leoben (Austria). The influence of falling drops on the slag hydrodynamics, heat tranfer and electromagnetic phenomena has been highlighted. Afterwards, a simplified model of drops-slag interactions has been implemented into the global ESR model. The liquid metal transfer representation at the top of the ingot has then been enhanced, and considers the in-depth impact on the melt pool. The newly developed version of the global model has been validated by comparing results to industrial-sized remelted ingots. In order to discuss the relationship between power consumed and melt rate, a 1D thermal model of the consumable electrode has been set-up. The latter has been implemented into the global ESR model to estimate the melt rate. Finally, industrial-scale ingots have been specially remelted to study the influence of electrode immersion depth. Associating experimental observations and simulation results, three immersion regimes have been distinguished, especially regarding to the slag equivalent resistance. The impact of immersion depth on ingot solidification have been discussed

Le procédé de refusion à l'arc sous vide (Vacuum Arc Remelting ou VAR en anglais) est employé dans la production d'alliages métalliques à haute valeur ajoutée tels que les alliages de titane ou superalliages base nickel à destination de l'industrie aéronautique. La maîtrise des conditions de solidification constitue un enjeu industriel important pour obtenir des lingots d'une homogénéité chimique adéquate et dépourvus de défauts de solidification. Les travaux présentés dans ce document visent à améliorer la description des échanges thermiques dans un modèle du procédé VAR (SOLAR) et proposer une nouvelle approche pour la prédiction des défauts de solidification de type canaux ségrégés. Dans un premier temps, la description dans le modèle des échanges thermiques entre l'électrode, le lingot, la lingotière et le circuit de refroidissement a été améliorée. Les modifications ont fait l'objet de validation par comparaison des résultats numériques avec des mesures sur des refusions industrielles réelles. Un dispositif expérimental original de mesure de température à la paroi extérieure de la lingotière adapté aux refusions industrielles a été conçu et utilisé lors d'une campagne expérimentale sur site industriel lors de la refusion d'un alliage de titane. Les mesures obtenues ont été confrontées aux résultats numériques de SOLAR. Ces deux activités ont abouti à une première implémentation du phénomène de side-arcing dans le modèle. En parallèle, une approche numérique multi-échelle a été développée pour prédire la formation de canaux ségrégés en fonction des conditions locales de solidification. Une première étude sur un alliage Sn-Pb a été réalisée et un critère mathématique de prédiction a été calculé à partir des résultats. Cette première étude montre un impact du gradient thermique sur la formation de canaux ségrégés bien plus faible que celui généralement considéré dans la littérature
The Vacuum Arc Remelting (VAR) process is used in the production of high-added value metals such as titanium alloys or nickel-based superalloys for the aerospace industry. The control of solidification conditions is an important industrial issue in order to process ingots of adequate chemical homogeneity and free of solidification defects. The work presented in this manuscript aims at improving the description of heat exchanges in a VAR process model (SOLAR) and at proposing a new approach for the prediction of segregated channels type solidification defects. First, the description of the heat exchanges in the model between the electrode, the ingot, the mould and the cooling circuit has been improved. These modifications were validated by comparing the numerical results with measurements from real industrial melts. An original experimental apparatus for measuring the external mould temperature adapted to industrial melts was designed. This apparatus was used during an experimental campaign on an industrial site during the remelting of a titanium alloy. The measurements obtained were compared with the numerical results from SOLAR. These two activities led to a first implementation of the side-arcing phenomenon in the model. In parallel, a multi-scale numerical approach was developed to predict the formation of segregated channels as a function of local solidification conditions. A first study on a Sn-Pb alloy was carried out and a mathematical criterion was calculated from the results. This first study shows a much lower impact of the thermal gradient on the formation of segregated channels than that generally considered in the literature

La projection hybride combinant la projection plasma et la refusion laser est une solution alternative permettant de diminuer ou même d'éliminer la présence de pores et de fissures au sein d'un dépôt brut de projection. Lors d'un procédé de projection plasma ou de refusion laser, le système substrat/dépôt subissant l'élévation de température,la fusion, la solidification et le refroidissement rapide est ainsi soumis à des gradients de température élevés, un niveau de contraintes élevé, et même un risque de formation de fissures. Il est alors important de pouvoir maîtriserles variations de température et la distribution des contraintes résiduelles au sein même du système. Concernantles travaux effectués dans cette thèse, des modèles thermiques et mécaniques ont été développés à l'aide dulogiciel ANSYS, de sorte à améliorer notre compréhension des comportements thermique et mécanique des revêtements élaborés par projection plasma avec refusion laser.Tout d'abord, la simulation du procédé de projection plasma a été développée afin de prédire les champs transitoires de température, la déformation finale de l'échantillon et les contraintes résiduelles dans des dépôts céramiques (alumine) et métalliques (NiCrBSi). Les contraintes résiduelles résultent de l'équilibre entre contraintes de trempe (toujours en tension) et contraintes thermiques lors du refroidissement final (en compression ou en tension suivant le cas). En raison de la faible limite d'élasticité du dépôt, les contraintes thermiques dominent les contraintes résiduelles dans le cas du dépôt d'alumine. En revanche, les contraintes de trempe dans le dépôt de NiCrBSi sont plus importantes. Par ailleurs, l'augmentation de l'efficacité du système de refroidissement mis en oeuvre permet de diminuer le niveau des contraintes résiduelles dans le dépôt d'alumine. Inversement les contraintes résiduelles au sein du dépôt de NiCrBSi augmentent lorsque le refroidissement en cours de projection est accru. L'analyse thermique permettant de simuler le procédé de refusion laser à posteriori d'un revêtement de NiCrBSi a été effectuée de sorte à évaluer les effets des paramètres du laser sur le champ de température engendré et laforme du bain refondu. Un coefficient d'absorption de 0.5 a été estimé par comparaison de l'épaisseur du bain refondu obtenue par les méthodes numérique et expérimentale. De plus, les morphologies de revêtements refondus ont été caractérisées par méthodes expérimentales. Selon l'analyse mécanique de la refusion laser à posteriori, les contraintes résiduelles sont en tension dans le dépôt refondu, mais en compression vers la zone non-refondue.Concernant le modèle portant sur l'élaboration de couches multiples, permettant de simuler le procédé de refusion laser in-situ, une diminution des contraintes transitoires au sein des couches préalablement élaborées est induite par l'accumulation progressive de chaleur au cours du processus d'élaboration. Après refroidissement final, les contraintes résiduelles suivant la direction de déplacement présentent une amplitude plus importante que suivant les autres directions. De plus, des solutions permettant de diminuer le niveau des contraintes dans le dépôt après refusion ont été recherchées, en faisant notamment varier l'efficacité du système de refroidissement ou le préchauffage du substrat. Il s'avère que l'amplitude des contraintes résiduelles dans le dépôt après refusion est plus sensible à la variation du préchauffage du substrat qu'à la modification de l'efficacité du système de refroidissement
The hybrid spraying process consisting in plasma spraying and laser remelting is an alternative method to minimize or even eliminate the potential defects within the as-sprayed coatings.During the treatment of plasma spraying or laser remelting, the substrate/coating system undergoing heating, melting, solidification and fast cooling processes is submitted to high temperature gradients, high stress levels and even risks of crack formation. It is therefore important to control the temperature variation and stress level within the substrate/coating system. In this study, thermal and mechanical models established with ANSYS were developed to provide a fundamental understanding of thermal and mechanical behaviors of deposited coatings during plasma spraying and laser remelting processes.3D simulation models were first developed to predict the temperature field, the final deformation of the specimen, and the residual stresses within ceramic (alumina) and metallic (NiCrBSi) coatings. The final residual stresses result from the balance between quenching stresses (tensile) and thermal stresses (compressive or tensile). Due to the low value of the yield stress, the thermal stresses (compressive for that case) dominate the final stress level in the case of the ceramic coating (alumina). On the contrary, the final residual stresses within the NiCrBSi coating are tensile. It is also predicted that an increase of the cooling efficiency induces a lower stress level for the alumina coating, while improving the cooling efficiency slightly increases the residual stresses for the case of the metallic coating (NiCrBSi).Thermal analysis to predict laser post-remelting of a NiCrBSi coating was then carried out to investigate the effects of the laser parameters on the temperature field as well as on the remelted pool shape. An absorption coefficient of 0.5 was estimated by comparison of the remelted pool depths obtained by experimental and numerical methods. In addition, the morphologies of theremelted coating were characterized by experimental methods. According to the mechanical analysis for laser post-remelting of NiCrBSi coatings, the predicted residual stresses were tensile within the remelted coating, whereas those within the non- emelted zone were reversed from tensile before remelting to compressive after laser post-remelting. According to the numerical analysis of in situ laser remelting by a multi-layer model, transient stresses in the former deposited layers were decreased progressively due to the heat accumulation during the following deposition process. For the residual stresses after final cooling, the stress component along the displacement direction presents a higher level in comparison with the transverse andthrough thickness components. Solutions allowing decreasing the stress level within the remelted coating were studied by changing the cooling efficiency and the initial temperature of the substrate. It was noted that the generated residual stress (tensile) was more sensitive to the initial temperature of the substrate, than to the efficiency of the cooling system. In particular, increasing the initial temperature of the substrate could significantly decrease the stress magnitude within the remelted coating, and even reverse the residual stresses within the nonremelted part of the coating to compressive values

Les barrières thermiques, réalisées par projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé et constituées d'une couche céramique de zircone stabilisée notamment à l'yttrine (ZrO2-Y2O3), sont largement utilisées pour protéger les composants des turbines à gaz aéronautiques des dégradations à haute température, de la corrosion et de l'oxydation. Toutefois, ces revêtements se dégradent lors des cycles de fonctionnement. Aussi, il existe une véritable difficulté technologique pour élaborer à un coût modéré des barrières thermiques présentant à la fois de faibles caractéristiques de conductivité et une bonne tenue en service. L'originalité de cette étude est donc de modifier les propriétés de barrières thermiques à base de zircone partiellement stabilisée par un procédé de refusion laser in situ couplant la projection thermique à la refusion par irradiation laser. Au final, le procédé de refusion in situ a permis d'architecturer différemment les dépôts barrières thermiques, et notamment : (i) de substituer à la microstructure lamellaire des dépôts projetés une microstructure dendritique colonnaire plus adaptée aux sollicitations thermomécaniques (augmentation de la résistance aux chocs isothermiques pouvant aller jusqu'au doublement du nombre de cycles) ; (ii) d'obtenir une architecture poreuse moins sensible au frittage, d'où une meilleure conservation des propriétés thermiques et mécaniques du dépôt lors de maintiens à hautes températures ; (iii) d'améliorer les propriétés d'isolation thermique de la barrière thermique, notamment en réduisant la conductivité thermique du dépôt d'environ 30 % ; (iv) de diminuer drastiquement sa perméabilité pour lutter contre l'oxydation et la corrosion ; (v) d'obtenir une phase tétragonale métastable plus stable lors de chocs thermiques ; (vi) de conserver les propriétés élastiques du dépôt (module de Young intrinsèque et apparent)
Yttria partially stabilized zirconia thermal barrier coatings (TBCs) are nowadays widely used to protect components of aero gas turbines against degradation at high temperature, corrosion and oxidation. However, these coatings degrade in service conditions. Therefore, to manufacture TBC which present both low thermal conductivity and high life-time is a real challenge. Engineering the coating architecture by an adapted process is a prerequise to modify TBC characteristics. In this study, laser remelting was combined to thermal spraying in order to modify the TBC properties. The purpose was to adapt TBC characteristics during their manufacturing process, without adding one or even more additional steps. In situ laser treatment (i) changes structure from lamellar to dendritic columnar; (ii) generates a pore architecture less sensitive to sintering, inducing then a best conservation of the thermal and mechanical properties during thermal treatments at high temperatures; (iii) improves the thermal insulation properties of the TBC by decreasing its thermal conductivity of about 30 %; (iv) decreases its permeability in order to diminish oxidation and corrosion phenomena; (v) increases the resistance to isothermal shocks (with the possibility to double the number of cycles); (vi) conducts to a metastable tetragonal phase more stable during thermal shocks; (vii) without modifying elastic response of the deposit

Certains défauts fort préjudiciables appelés " white spots " peuvent se former lors de la refusion de l'alliage 718. Appauvris en éléments d'alliage, ils proviennent probablement de la chute de précurseurs solides dans le puits liquide. Tout d'abord, un modèle simulant la refusion, basé sur le logiciel SOLAR, a été adapté au cas de l'alliage 718 et validé en comparant les résultats de simulations avec les observations réalisées sur un lingot refondu. La caractérisation d'électrodes et de lingots a permis de montrer que des dendrites de taille importante, présentes dans l'électrode, peuvent être à l'origine de white spots dendritiques. Cette étude apporte également une détermination quantitative des principales caractéristiques des trois sources de précurseurs de white spots discrets (bourrelet de l'électrode, " shelf " et collerette) en termes de structure, de composition et de taille. Des expériences dites de " trempage " de précurseurs synthétiques de white spots discrets permettent de mesurer directement la cinétique de leur fusion. Ces résultats valident qualitativement un modèle numérique décrivant le processus de fusion/solidification d'une particule sphérique dans un bain liquide métallique. Enfin, le comportement d'un précurseur de white spot discret dans le puits liquide d'un lingot VAR est déterminé en couplant le modèle de changement de phases au calcul de la trajectoire du précurseur. Le comportement hydrodynamique et thermique du puits est calculé par SOLAR et les caractéristiques des origines potentielles de précurseurs sont prises en compte comme données d'entrée. Le modèle global détermine ainsi pour chaque origine la taille initiale critique d'un précurseur conduisant à la formation d'un white spot. Cette étude permet de conclure que la probabilité de former des défauts à partir de précurseurs provenant de l'électrode est assez faible, tandis que la " shelf " et la collerette sont probablement des sources importantes de white spots discrets
Some very detrimental defects, called white spots, can form during the remelting of Alloy 718. Depleted in alloying elements, they are supposed to be generated by the fall of solid metallic precursors in the liquid pool. In a first step, a model aimed to simulate the remelting process, based on the SOLAR software, has been adapted to the remelting of Alloy 718, then validated by comparison between the simulation results and experimental observations of a remelted ingot. The characterization of electrodes and ingots has shown that large dendrites in the electrode could be the origin of dendritic white spots. This study also determines quantitatively the main characteristics of the three possible sources of discrete white spot precursors (electrode torus, shelf and crown) in terms of structure, composition and size. “Dipping” experiments of synthetic discrete white spots precursors allow a direct measurement of their melting kinetics. These results qualitatively validate a numerical model which describes the melting/solidification process of a spherical particle immerged in a liquid metal bath. Last, the behaviour of a discrete white spot in the liquid pool of a VAR ingot is determined through coupling the phase change model to a calculation of the precursor trajectory. The hydrodynamic and thermal behaviour of the liquid pool is calculated by SOLAR and the characteristics of each of the potential precursor origins are taken into account as input data. The overall model computes, for each origin, a precursor critical size leading to the formation of a white spot

Le procédé Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining (PAMCHR) permet de recycler des chutes de titane afin d’élaborer des alliages de titane de qualité aéronautique. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit se concentrent sur l’étape d’affinage du procédé. Elle correspond, après fusion de la matière et avant coulée en lingotière, au transport du métal liquide dans un creuset à fond plat en cuivre refroidi à l’eau. L’apport de chaleur du procédé se fait par des torches à plasma, dans un environnement de gaz inerte. Une modélisation tridimensionnelle de l’écoulement thermo-hydrodynamique de l’alliage de titane, a été développée avec pour base le logiciel CFD Ansys-Fluent. L’objectif de cet outil, nommé PAM3D, est d’améliorer notre compréhension du comportement du titane liquide au sein du creuset d’affinage. Un grand nombre de fonctions ont été intégrées au modèle pour décrire, entre autres, les transferts thermique et dynamique entre le jet de plasma et la surface du bain liquide. La compréhension de ces transferts est primordiale à la modélisation du procédé : ils ont pu être obtenus à l’aide d’une série d’essais, réalisés sur un four pilote PAMCHR, et de simulations obtenues par le développement de deux modèles numériques simples. Des résultats de simulations obtenues par cette première version de PAM3D sont confrontés à des mesures prises à partir de fusions expérimentales, et la comparaison est jugée satisfaisante. Cependant, la valeur maximale implémentée dans le modèle de la contrainte pariétale, dû à l’impact de la torche à la surface du bain, semble être sous-estimée. Des simulations complémentaires mettent d’ailleurs en avant le rôle important des forces hydrodynamiques sur le comportement thermique du bain, et en particulier de cette contrainte pariétale
The recycling of titanium scraps can be achieved using the Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining (PAMCHR) process with the aim of producing aeronautical titanium alloy ingots. In this manuscript, the research work focuses on the refining stage of the process where the liquid is transported in a horizontal copper water-cooled crucible. This important step takes place downstream the melting of the charge and upstream the casting of liquid titanium into the ingot mold crucible. Plasma torches are used as heat source of PAMCHR process, which is conducted under an atmosphere of inert gas. A three-dimensional modeling of the thermo-hydrodynamic flow of the titanium alloy has been set up based on Ansys-Fluent CFD software. The purpose of this tool, named PAM3D, is to improve our understanding of the liquid titanium behavior within the refining crucible. A large number of user functions have been integrated into the model to describe, among other mechanisms, the thermal and momentum transferred from the plasma plume to the surface of the liquid bath. The analysis of these transfers is essential for modeling the process. They are obtained by a study coupling melting tests, carried out in a pilot PAMCHR furnace, and numerical modeling. Numerical results, obtained by this first version of PAM3D are compared to experimental measurements, and the agreement is satisfactory. However, the maximum value of the shear stress, due to the impact of the plasma plume on the bath surface, implemented in the model seems to be underestimated. Moreover, complementary simulations highlight the important role of hydrodynamic forces on the thermal behavior of the bath, and in particular of this shear stress

Le procédé VAR (Vacuum Arc Remelting ou refusion à l'arc sous vide en français) est employé dans la production d'alliages à haute performance pour les industries aéronautique (aciers spéciaux, superalliages et alliages de titane) et nucléaire (alliage de zirconium). Comme pour tous les procédés de fonderie, la maîtrise de l'homogénéité chimique et de la structure métallurgique des lingots coulés par le procédé VAR constitue un enjeu industriel important. Les travaux présentés dans ce mémoire visent à identifier, pour les alliages de zirconium en particulier, les effets de la convection naturelle et de la convection forcée due au brassage électromagnétique sur la macroségrégation. Dans ce but, un modèle numérique a été développé. Il est basé sur la résolution couplée des équations de conservation d'énergie, de quantité de mouvement et de solutés, dans des conditions d'écoulement laminaire ou turbulent. La modélisation de la solidification tient compte du couplage fort entre le transport d'énergie et de solutés dans la zone pâteuse. Afin de décrire la microségrégation, la diffusion restreinte des solutés dans les phases liquides et solides peut être prise en compte. Parallèlement, deux électrodes chimiquement homogènes d'alliages Zircaloy-4 et M5® ont été spécialement refondues dans un four VAR industriel sur le site de CEZUS à Ugine (Savoie, France). La macroségrégation des lingots obtenus a été caractérisée.La comparaison entre les mesures expérimentales et les résultats de simulation a montré que pour un alliage dont l'intervalle de solidification est important (comme l'alliage Zircaloy-4), la convection solutale dans la zone pâteuse peut avoir une influence essentielle sur la macroségrégation de la région centrale du lingot. Par ailleurs, le mouvement de grains équiaxes lors de l'application d'un brassage électromagnétique de forte intensité semble accentuer significativement la macroségrégation dans la région externe du lingot. Pour un alliage dont l'intervalle de solidification est faible (comme l'alliage M5®), nous avons montré que la macroségrégation dépend plus spécifiquement de la convection forcée due au mode de brassage électromagnétique appliqué au cours de la refusion
Vacuum Arc Remelting (VAR) is used to produce high performance alloys for the aeronautic (special steels, superalloys, titanium alloys) and nuclear (zirconium alloys) industries. As for all casting processes, the control of the chemical homogeneity and the metallurgical structure in VAR ingots is an important industrial issue. The goal of this thesis is to identify, for zirconium alloys in particular, the effects of the natural convection and the forced convection due to the electromagnetic stirring on macrosegregation. To this purpose, a numerical model has been developed. It is based on the solution of the coupled transient energy, momentum and solute transport equations, under laminar or turbulent flow conditions. The solidification modeling accounts for a full coupling between energy and solute transport in the mushy zone. The finite diffusion of solutes in both solid and liquid phases can be taken into account to describe microsegregation. In addition, chemically homogeneous Zircaloy-4 and M5® electrodes have been specially remelted in an industrial VAR furnace at the CEZUS plant in Ugine (Savoie, France). The macrosegregation of the ingots has been measured. The comparison between the experimental measurements and the simulation results showed that for an alloy with a large solidification interval (like Zircaloy-4), the solutal convection in the mushy zone could have an essential influence on the macrosegregation in the inner part of the ingot. Furthermore, the motion of equiaxed grains caused by a strong stirring seems to seriously intensify macrosegregation in the outer part of the ingot. For an alloy with a small solidification interval (like M5®), we have shown that the macrosegregation depends more specifically on the forced convection due to the type of stirring applied during the remelting