LES ALLIAGES À MÉMOIRE

LES ALLIAGES À MÉMOIRE

Déformation à froid plus traitement thermique de l’alliage Ti-Ni

Les propriétés des alliages à mémoires de forme Ti-Ni dépendent fortement de la microstructure et donc du traitement thermomécanique subi par le matériau. En particulier, l’obtention d’une structure nanocristalline à partir d’un échantillon partiellement amorphisé permet d’augmenter considérablement les propriétés mécaniques et fonctionnelles de l’alliage (Brailovski et al., 2006). Plusieurs méthodes permettent l’obtention d’une structure nanocristalline au sein d’un alliage Ti-Ni. Le Tableau 1.1 résume les différentes techniques permettant l’obtention d’une telle structure Ces techniques sont classées en trois catégories qui sont la déformation plastique sévère plus cristallisation à partir de l’état amorphe, les techniques de déposition de couches minces et la solidification rapide. Les techniques les plus utilisées pour les alliages Ti-Ni sont l’extrusion dans les canaux déviés, la torsion haute pression et le laminage à froid multipasse. Dans le cadre de ce projet, le laminage à froid sera présenté plus en détail afin de bien comprendre les mécanismes menant à l’obtention d’une structure nanocristalline. Le laminage est un procédé de mise en forme pouvant avoir lieu à froid, à chaud ou à tiède. Il concerne les produits longs ou plats. De façon générale, il s’agit de faire passer une pièce métallique entre deux rouleaux tournants en sens inverse de façon à ce que le matériau subisse une déformation plastique et que sont épaisseur soit réduite. La Figure 1.6 représente schématiquement une passe de laminage. Cette figure montre la diminution d’épaisseur que subit le matériau. Il apparait également que pour des raisons de conservation du débit de matière, le matériau subit une élongation et une augmentation de la largeur. Généralement, les dimensions désirées ne peuvent pas être atteintes en une seule passe et le produit doit être laminé plusieurs fois avant d’atteindre sa forme finale.

Température de traitement thermique

Le laminage à froid est suivi d’un traitement thermique post déformation (PDA). Ce recuit permet la polygonisation ou la nanocristallisation de l’alliage, dépendamment du taux de travail à froid précédent. Dans le cas de taux de déformation ne dépassant pas e = 1, le PDA permet un réarrangement des dislocations et l’obtention d’un matériau dit « polygonisé ». Le matériau sortant du laminoir après une déformation à froid est fortement écroui. Il présente donc une forte densité de dislocation. Sur la Figure 1.7, cet état est représenté schématiquement à gauche ou les lignes enchevêtrées représentent les dislocations désordonnées. Lors du recuit, l’énergie apportée sous forme thermique permet un déplacement et un réarrangement des dislocations comme illustré en Figure 1.7 à droite. Dans le cas d’échantillon laminé sévèrement et donc partiellement amorphe, le PDA permet la formation de grains nanométrique au sein d’une matrice partiellement amorphe. L’influence de la température de traitement thermique sur la microstructure Pour des températures de recuit faibles, la quantité d’énergie apportée au matériau n’est pas assez importante pour provoquer la croissance des grains. La structure obtenue est donc très fine et reste généralement partiellement amorphe (Figure 1.8, a). En augmentant la température de recuit, la cristallisation du matériau est favorisée et les tailles de grains observées sont de plus en plus grandes (Figure 1.8, b,c,d). Il apparaît donc que l’augmentation de la température de traitement thermique entraine une augmentation de la taille de grain et influe donc fortement les propriétés de l’alliage

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE SUR LES ALLIAGES À MÉMOIRE
DE FORME ET LEURS MÉTHODES DE MISE EN FORME
1.1 Transformations martensitiques thermoélastiques
1.2 Mécanismes de transformation et de déformation
1.3 Propriétés fonctionnelles de l’alliage
1.3.1 Effet mémoire de forme simple sens
1.3.2 Génération de contrainte
1.3.3 Effet mémoire de forme double sens
1.4 Déformation à froid plus traitement thermique de l’alliage Ti-Ni
1.4.1 Taux de déformation
1.4.2 Température de traitement thermique
1.4.3 Influence de l’état de phase lors de la déformation
1.4.4 Structure de l’alliage après déformation à froid
1.4.5 Influence des paramètres de mise en forme sur
les propriétés fonctionelles
1.5 Mise en forme à tiède des matériaux métalliques
1.5.1 Texture de l’alliage laminé
1.5.2 Lien entre la texture et les propriétés fonctionnelles des
alliages à mémoire de forme
1.5.3 Diminution de l’endommagement des alliages à mémoire de forme
1.6 Problématique et objectifs du projet
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE, TECHNIQUE DE FABRICATION ET CHOIX
DES MÉTHODES DE CARACTÉRISATION
2.1 Choix du matériau
2.2 Paramètres de mise en forme
2.2.1 Taux de déformation
2.2.2 Température de déformation
2.3 Fabrication des échantillons
2.3.1 Technologie de fabrication
2.3.2 Séquences de laminage
2.4 Méthodes de caractérisation thermique et mécanique
2.4.1 Calorimétrie différentielle à balayage
2.4.2 Essais de traction à la rupture
2.5 Méthodes de mesure des propriétés fonctionnelles
2.5.1 Mémoire de forme à contrainte nulle
2.5.2 Génération de contrainte
CHAPITRE 3 ESSAIS DE CALORIMÉTRIE DIFFÉRENTIELLE À BALAYAGE
ET ESSAIS DE TRACTION ISOTHERMES À LA RUPTURE
3.1 Essais de calorimétrie différentielle à balayage
3.1.1 Résultats
3.1.2 Analyse
3.1.3 Conclusions
3.2 Essais de traction à la rupture
3.2.1 Résultats
3.2.2 Analyse
3.2.3 Conclusions
CHAPITRE 4 ESSAIS DE MÉMOIRE DE FORME À CONTRAINTE NULLE
4.1 Résultats
4.2 Analyse
4.3 Conclusions
CHAPITRE 5 ESSAIS DE GÉNÉRATION DE CONTRAINTE
5.1 Résultats
5.2 Analyse
5.3 Conclusions
CHAPITRE 6 SYNTHÈSE ET DISCUSSION
6.1 Synthèse des résultats
6.1.1 Essais de déformation récupérable
6.1.2 Essais de génération de contrainte
6.2 Effets du laminage à tiède
6.3 Effets du recuit intermédiaire
6.4 Effets de la combinaison de laminage à tiède plus recuit intermédiaire
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I MANUFACTURING OF NANOSTRUCTURED TI-NI SMA BY
MEANS OF COLD/WARM ROLLING AND ANNEALING
THERMAL TREATMENT
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES