Étude expérimentale et modélisation de traitements thermochimiques de cémentation complexes : application aux aciers de cémentation H/F

Description du Poste

Les Missions

Les traitements thermochimiques de cémentation permettent de renforcer les composants en acier (engrenages, transmissions, etc.) en surface. La résistance à l’usure et à la fatigue est augmentée grâce au durcissement de la surface, tandis que la ductilité est conservée à cœur, et grâce à la formation de contraintes résiduelles de compression près de la surface. Des travaux de recherche et développement sont en cours pour appliquer la cémentation à des nuances d’acier plus riches en éléments d’alliage (Mo, V, Cr…), destinées à des applications à plus haute température pour l’industrie aéronautique. Ces éléments ont un impact significatif sur les évolutions microstructurales, qui doivent être étudiées car elles influencent les profils de microstructures, le comportement mécanique et la formation des contraintes résiduelles.
Le projet se concentrera sur l’étape de cémentation, réalisée à haute température (par exemple 950°C), dans le domaine de stabilité de l’austénite. Deux phénomènes se produisent et interagissent : la diffusion à longue distance du carbone (jusqu’à plusieurs mm depuis la surface) et la précipitation des carbures. La cinétique de précipitation dépend de la concentration locale en carbone et, en retour, la précipitation des carbures perturbe le flux macroscopique de carbone. Des complexités supplémentaires proviennent du procédé, qui inclut des pulses d’enrichissement séparés par des étapes de diffusion, et de la coexistence de populations de carbures en interaction, et subissant des phénomènes de précipitation et de dissolution. Peu de recherches ont été menées sur ces phénomènes et la plupart des observations dans la littérature ont été réalisées après enrichissement, refroidissement et revenu [1]. L’étape d’enrichissement reste à étudier spécifiquement.

L'Activité

Les objectifs du projet seront d’étudier, par modélisation et techniques de caractérisation avancées, la cémentation d’un acier à outils fortement allié contenant des éléments d’alliage carburigènes tels que Mo, Cr et V. Les principales activités consisteront à :
• Étudier l’influence des paramètres du traitement d’enrichissement en faisant varier la température, le nombre de pulses et la durée des étapes de diffusion.
• Réaliser des traitements d’enrichissement interrompus suivis de trempe.
• Examiner les couches enrichies d’échantillons de laboratoire par microsonde pour mesurer les profils de concentration en carbone, et par microscopies électroniques (MEB, MET) pour observer la précipitation et la microstructure de la matrice (martensite, austénite résiduelle).
• Établir les tailles de grains d’austénite avant refroidissement par reconstructions cristallographiques (EBSD).
• Réaliser des expériences in situ de diffraction des rayons X à haute énergie pour suivre les fractions de carbures et la concentration en carbone dans l’austénite [2].
Par ailleurs, un modèle introduit précédemment pour la cémentation sera développé dans cette étude. Dans ce modèle, la diffusion du carbone est prédite à l’aide de la loi de Fick et la méthode des différences finies. Un terme source rend compte de la consommation de carbone par la précipitation des carbures. Le modèle de précipitation/dissolution prédit la germination (théorie classique), la croissance/dissolution diffusive et la coalescence de plusieurs populations de carbures simultanément [3].
En combinant simulations et expériences, une analyse complète du procédé sera réalisée et des lignes directrices pour son optimisation seront proposées. L’analyse pourrait ensuite être étendue à une gamme plus large de compositions d’aciers. Le potentiel futur du modèle/outil numérique pour limiter l’utilisation d’approches expérimentales d’essais-erreurs sera également évalué.

Votre Profil

Compétences

Doctorat en Science des Matériaux. Métallurgie, transformations de phases, microscopie, diffraction des rayons X, modélisation.

Votre Environnement de Travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.

En 2026, l'IJL compte 258 permanents (33 chercheurs, 133 enseignants-chercheurs, 92 IT-BIATSS) et 389 non-permanents (146 doctorants, 43 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 200 stagiaires), de plus de 70 nationalités différentes.
Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays.
Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.

Le travail sera réalisé au sein de l’équipe "Microstructures et contraintes".
Collaboration de recherche entre l’IJL et Safran-Tech.

Rémunération et avantages

Rémunération

3071.50€ brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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