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

Pour améliorer la résistance globale et la résistance à la fatigue des engrenages, ceux-ci sont généralement fabriqués en acier dont la surface est 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 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 et la trempe des pièces. Ce procédé consiste à diffuser du carbone dans la pièce à haute température. L'enrichissement en carbone à haute température s'accompagne d'un refroidissement rapide, favorisant 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 en profondeur de ces phases durcissantes et de leurs caractéristiques métallurgiques intrinsèques. En revanche, la trempe peut provoquer des distorsions des pièces, difficiles à maîtriser.

Actuellement, l'élaboration des gammes de traitement repose sur des essais/erreurs itératifs, 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 intégré au 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 et trempe sur des pièces industrielles telles que des pignons, en utilisant le logiciel Qobeo. Une analyse de sensibilité des différents paramètres du modèle devra être réalisée (maillage, modèle de turbulence, émissivité, etc.). Une analyse critique des résultats numériques, ainsi qu'une comparaison avec les résultats expérimentaux, est attendue. Enfin, il sera nécessaire de coupler les résultats de la simulation CFD avec un calcul thermo-mécanique dans Forge afin de prédire les distorsions subies lors du procédé. L'objectif est d'obtenir une méthodologie numérique robuste du procédé de cémentation et trempe permettant de prédire les distorsions induites par ce procédé.

Le/la stagiaire aura pour mission:

• Prendre en main les outils de simulation numérique (Forge®, Qobeo et potentiellement Ansys).
• Mettre en place un cas industriel de simulation CFD de cémentation/trempe.
• Réaliser l'analyse de sensibilité de certains paramètres du modèle.
• Assurer le couplage entre les résultats de simulation CFD et un calcul thermo-mécanique.
• Mettre en place des scripts Python notamment pour le post-traitement des résultats.
• Comparer les résultats expérimentaux et numériques (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 atout.
• Maîtrise des techniques de pré-traitement (CAO, maillage) et post-traitement (Paraview, Python) appréciée.
• Capacité à travailler en équipe.
• Capacité de synthèse et de restitution des travaux réalisés.