Offre de thèse
CD - Mise en ordre cristallin dans les alliages Ti2AlNb : vers un alliage orthorhombique de nouvelle génération
Date limite de candidature
30-04-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
ESIN Vladimir
Encadrement
Le doctorant bénéficiera d'un encadrement scientifique rigoureux, combinant des approches expérimentales et numériques (DFT, CALPHAD). Le suivi de la formation inclura la maîtrise des techniques de pointe (DRX, MEB, MET, essais de traction) et des méthodes de modélisation. Des réunions régulières avec l'équipe encadrante assureront un avancement optimal des recherches. Les résultats seront valorisés par des publications scientifiques et des présentations dans des conférences internationales.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 3 - SI2M : 303 - Microstructures et contraintescontexte
Comparés à d'autres alliages industriels, comme les aciers, les superalliages à base de nickel ou les alliages à base d'aluminium, les alliages Ti2AlNb présentent une particularité : leur matrice β à haute température peut avoir de différents degrés d'ordre à longue distance (ordre correspondant à la structure B2). Le comportement mécanique des phases ordonnées diffère fortement de celui des phases complètement désordonnées. Ainsi, les alliages orthorhombiques sont uniques, car il est essentiel de contrôler l'ordre de la phase β, notamment pendant les traitements thermiques à haute température, afin d'obtenir des propriétés adéquates. Malgré l'importance fondamentale et pratique évidente de ce phénomène, l'effet de l'ordre de la phase β sur les transformations de phases et les propriétés mécaniques dans les alliages orthorhombiques n'a pas été étudié.spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOURMots clés
transformation de phases, microstructure, traitement thermique
Détail de l'offre
Ce projet doctoral porte sur l'étude de l'ordre cristallin dans les alliages Ti2AlNb, également appelés alliages orthorhombiques. Malgré leurs propriétés avantageuses par rapport aux alliages de titane conventionnels, ces alliages n'ont pas encore trouvé d'applications industrielles en raison de leur ductilité variable, influencée par la composition chimique et les traitements thermiques.
Le projet combine approches expérimentales et numériques. Dans un premier temps, des échantillons à gradient de composition Al/Nb seront élaborés par fabrication additive (DED) pour identifier les teneurs permettant d'obtenir différents états d'ordre de la phase β (entièrement ordonné, désordonné ou partiellement ordonné). La prédiction précise du degré d'ordre de la phase β reste un défi, c'est pourquoi des simulations DFT seront utilisées pour compléter les analyses expérimentales.
La deuxième étape étudiera la décomposition de la phase β lors de traitements thermiques, en analysant l'effet de la composition et de l'ordre cristallin sur les transformations de phase. Des mesures de résistivité électrique et des caractérisations microstructurales (MEB, MET) permettront d'établir des diagrammes TTT. Des expériences in situ au synchrotron (ESRF/DESY) seront réalisées pour étudier la cinétique rapide de décomposition de la phase β.
Enfin, des essais de traction à température ambiante seront effectués sur différents états microstructuraux pour évaluer les propriétés mécaniques. Ce projet vise à établir un lien clair entre le degré d'ordre de la phase β et les propriétés des alliages orthorhombiques, apportant des connaissances fondamentales sur l'ordre cristallin dans les alliages ternaires concentrés et ouvrant la voie à une ingénierie rationnelle des alliages Ti-Al-Nb.
La thèse offrira une formation complète en caractérisation avancée (DRX, MEB, MET) et en modélisation (DFT, CALPHAD), utile pour une carrière en recherche industrielle ou académique. Les résultats pourraient servir de base à la création d'alliages plus légers pour des applications industrielles à haute valeur ajoutée.
Keywords
phase transformations, microstructure, heat treatment
Subject details
This project focuses on studying the crystal order in Ti2AlNb alloys, also known as orthorhombic alloys. Despite their advantageous properties compared to conventional titanium alloys, these alloys have not yet found industrial applications due to their variable ductility, which is influenced by chemical composition and thermal treatments. The project combines experimental and numerical approaches. Initially, samples with Al/Nb composition gradients will be fabricated using additive manufacturing (DED) to identify the concentrations that produce different ordering states of the β phase (fully ordered, disordered, or partially ordered). Precise prediction of the β phase ordering remains challenging, so DFT simulations will complement the experimental analyses. The second stage will examine the decomposition of the β phase during heat treatments, analyzing how composition and crystal order affect phase transformations. Electrical resistivity measurements and microstructural characterizations (SEM, TEM) will be used to establish TTT diagrams. In situ experiments at synchrotron facilities (ESRF/DESY) will study the rapid decomposition kinetics of the β phase. Finally, tensile tests at room temperature will be performed on different microstructural states to evaluate mechanical properties. This project aims to establish a clear link between the β phase ordering degree and the properties of orthorhombic alloys, providing fundamental knowledge about crystalline order in concentrated ternary alloys and paving the way for rational engineering of Ti-Al-Nb alloys. The thesis will provide comprehensive training in advanced characterization (XRD, SEM, TEM) and modeling (DFT, CALPHAD), valuable for a career in industrial or academic research. The results could serve as a basis for developing lighter alloys for high-value industrial applications.
Profil du candidat
- Titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master 2 dans le domaine de la science des matériaux.
- Connaissances en métallurgie et caractérisation des matériaux métalliques.
- Intérêt pour la modélisation numérique et les méthodes de simulation.
- Anglais courant.
Candidate profile
- Holder of an engineering degree or a Master's degree (M2) in materials science.
- Knowledge in metallurgy and characterization of metallic materials.
- Interest in numerical modeling and simulation methods.
- Fluent English.
Référence biblio
[1] M. Dadé, V.A Esin, L. Nazé, P. Sallot, Corrosion Science (2019), 148, pp. 379-387.
[2] A. Blosse, R. Mallick, J. Delfosse, Y. Millet, V. Maurel, P. Sallot, V. Esin, Materials Characterization 221 (2025) 114718.
[3] V.A. Esin, R. Mallick, M. Dadé, B. Denand, J. Delfosse, P. Sallot, Materials Characterization (2020), 169, 110654.
[4] W. Ayadh, B. Denand, A. Halkoum, P. Boulet, M. Sennour, J. Delfosse, P. Sallot and V.A. Esin, Acta Materialia 252 (2023) 118930.