Contexte du stage :

Les aciers renforcés par dispersion d’oxydes (ODS) sont envisagés comme matériaux de cœur de réacteurs innovants de fusion ou de fission nucléaire. De récentes études font émerger l’intérêt de nouvelles matrices martensitiques ODS à très faible teneur en carbone. En effet, les teneurs en carbone conventionnelles génèrent une forte précipitation de carbures de chrome potentiellement délétère. Par ailleurs, pour faciliter la mise en forme à froid un changement de phase ferrite->austénite à haute température est recherché pour restaurer les microstructures de déformation. Dans le cadre de ce stage du nickel sera introduit comme élément gammagène permettant de piloter les propriétés de la matrice martensitique.

Objectifs et méthodologie : 

1. Revue bibliographique

- Analyse bibliographique des données existantes sur les nuance d’acier martensitiques Fe-Cr-Ni : Aciers Maragin et supermartensitiques ;
- Simulations thermodynamiques (ThermoCalc) de plusieurs nuances d’intérêt.

2. Synthèse des poudres par broyage et consolidation
- Elaboration des poudres ODS : Broyage des poudres métalliques (Fe-Cr-Ni) et des oxydes d'yttrium à différentes concentrations de Ni ;
- Consolidation par CIC : Utilisation de la technique de CIC pour un frittage sous charge et à haute température.

3. Caractérisations thermiques
- Dilatomètrie : détermination des températures de changement de phase ;
- Calorimétrie : Analyse des évolutions microstructurales (ex : précipitation)

4. Caractérisations microstructurales
- Préparations de surface ;
- Microscopie optique ;
- Microscopie électronique à balayage (MEB) : analyse de la microstructure, taille de grains et analyse chimique des précipités grossiers. 
- Traitements thermiques : évaluation de la stabilité thermique de la microstructure et des phases secondaires via des essais de vieillissement.

4. Évaluation des propriétés mécaniques
- Essais de dureté : mesure de la dureté pour évaluer l'effet des traitements thermiques                                                                                                    - Essais de traction : détermination de la résistance à la traction et de l'allongement à rupture.

Résultats attendus :

À la fin du stage, les résultats suivants sont attendus :

- Un protocole établi pour l'élaboration d'aciers ODS martensitiques à très basse teneur en carbone ;
- Une comparaison des propriétés de ces nouvelles nuances avec ces mêmes nuances sans renforts, élaborées par fusion à l’arc;
- Une analyse des propriétés mécaniques : Ces résultats seront comparés aux données bibliographiques sur les aciers de compositions voisines et permettront de resituer ces nouvelles nuances par rapport aux données existantes ;
- Validation de l’intérêt industriel de ces nuances pour optimiser la formabilité à froid et les propriétés à haute température.

Nous recherchons un(e) étudiant(e) en Master ou en dernière année d'école d'ingénieur, spécialisé(e) en science des matériaux ou mécanique et doté(e) d’un intérêt pour la recherche expérimentale. Des connaissances préalables en métallurgie des aciers sont appréciées pour ce poste.

Le stagiaire sera accueilli dans deux laboratoires en charge des études microstructurales et de l’élaboration des matériaux respectivement. Il réalisera ses propres élaborations et préparations d’échantillon, à l’issue desquelles il mettra en œuvre les différents équipements de microscopie, d’analyses calorimétrique et mécanique au sein des laboratoires du CEA. Des connaissances sur ces moyens expérimentaux ne sont pas nécessaires mais sont vivement appréciées.

Ce sujet pourra donner lieu à une poursuite en thèse à l’automne 2025.