Une équipe projet de 7 élèves-ingénieurs de l’Ecole Centrale de Lille en partenariat avec le Laboratoire de Mécanique de Lille (LML) a réalisée une structure métallique colonnaire dans un nouveau four prototype qui innove par un triplet Refroidissement-Asservissement-Régulation fine. Les premiers essais concernent du zinc pur et mettent en évidence la structure colonnaire obtenue et les 2 paramètres qui pilotent le process (vitesse du front de solidification et gradient de température autour de ce front).

structure colonnaire ECL zinc pur
Structure colonnaire de zinc pur

Les enjeux des structures colonnaires
De nombreuses entreprises produisent industriellement des pièces métalliques colonnaires ou monocristallines, dont l'exemple le plus connu est l’aube de réacteur en alliage de nickel mise au point par SNECMA-Safran à Gennevilliers (92). Les performances de ces microstructures sont particulièrement remarquables, mais leur production demande une maîtrise assez poussée du procédé d’élaboration. L’équipe de chercheurs ER3 du LML s'intéresse aux micromécanismes d’endommagement des matériaux et aux relations entre microstructure et propriétés mécaniques. Contrôler la microstructure afin de valider expérimentalement des modèles numériques de prévision du comportement mécanique macroscopique des matériaux à partir de phénomènes physiques microscopiques s'impose alors comme un objectif incontournable.

La maîtrise de la solidification dirigée
Pour réaliser ce genre de microstructure, il est important de maîtriser la solidification dirigée des alliages. Par rapport aux équipements industriels, le prototype permettra la réalisation de ces matériaux modèles avec une grande flexibilité des conditions opératoires, des matériaux et de géométrie du moule. Dans le cadre de la convention signée avec la société ATYS CONSULTING GROUP, l’EC Lille peut disposer d’une plateforme induction pour réaliser des essais de faisabilité. Sur la base de considérations scientifiques et d’études de procédés d’élaboration, il ressort que la croissance monocristalline dépend essentiellement de la vitesse du front de solidification et du gradient de température autour de ce front. La solution développée repose sur un système de bobine en translation, couplée à un système de refroidissement forcé et d’un asservissement. Les résultats obtenus sont très prometteurs de par la structure colonnaire du cristal obtenu.

Source : www.montecristaux.sitew.eu