Multiscale modeling of solidification: from microstructures to castings

Abstract

La solidification est une étape clé pour la fabrication de la plupart des produits métalliques. Pendant la couléeou la fabrication additive, la microstructure de base pour toutes les étapes de traitement suivantes et pour lespropriétés finales du produit est formée. Les défauts et la hétérogénéité de la structure et de la compositionchimique peuvent être introduits à différentes échelles, de l'échelle des interfaces entre phases jusqu’à l'échelledu produit. La description de la genèse des microstructures, macrostructures et des défauts de solidification estrendue difficile par à la large gamme d'échelles (du micron au mètre) et par les nombreux aspects de la physiquequ’impliquent les phénomènes élémentaires. Des modèles multi-échelles sont développés pour couplerles échelles. Ce mémoire présente d’abord les travaux de recherche sur la solidification dans des procédés industrielsde coulée, en se focalisant sur les couplages entre le transport à l'échelle du procédé et la germinationet la croissance des microstructures. À travers les résultats, les limitations des modèles macroscopiques multiéchellesdans la description des phénomènes à petite échelle sont également présentées. La modélisation mésoscopiqueest développée ensuite avec l’objectif principal de l'utiliser dans une approche de changementd’échelle (upscaling) vers des modèles macroscopiques afin d'améliorer la description de la cinétique de croissancedes microstructures à l'échelle du procédé. Les premières résultats de changement d’échelle sont présentés.Finalement les projets de recherche qui se développeront dans les années à venir sont exposés