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Partie A - Chapitre 1 : Superélasticité des alliages à mémoire de forme Dans le cas de l’application d’une contrainte, cette dernière va favoriser la formation de certaines variantes, celles qui sont compatibles avec la déformation dans le sens de la contrainte. Cette martensite orientée par la contrainte est appelée martensite orientée . Les températures caractéristiques de la transformation permettent de construire un diagramme de transformation (ou diagramme de phase) dans le plan contrainte-température (diagramme d’état de Clausius-Clapeyron). Ce diagramme est construit à partir de la relation entre les températures de transformation et la contrainte appliquée. Ce diagramme définit les pentes de transformation. La Figure 1-2-a montre un exemple de diagramme de phase proposé par Brinson (Brinson 1993). pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013 Figure ‎1-2 : Diagrammes de phase selon Brinson (Brinson 1993) : a) Chemin de la création de la martensite autoaccommodée dans un diagramme de phase, b) Représentation schématique de l’évolution de la fraction volumique de martensite lors de la transformation martensitique pilotée par la température à contrainte nulle. Figure ‎1-3 : Martensite autoaccommodée dans un alliage de NiTi (Xie et al. 1998). 8

Partie A - Chapitre 1 : Superélasticité des alliages à mémoire de forme 1.3. Spécificités des alliages NiTi C’est en 1962, au « Naval Ordinance Laboratory », qu’a eu lieu la découverte de l’appartenance du nickel-titane à la famille des alliages à mémoire de forme. Depuis lors, les applications de ces alliages ne cessent d’augmenter du fait de leur bonne résistance à la corrosion (biocompatibilité : arches dentaires, stents, instruments de chirurgie, agrafes, ...), leurs propriétés thermomécaniques remarquables (l’effet mémoire de forme simple et double sens, l’effet superélastique, l’amortissement, ...) et leurs excellentes propriétés mécaniques (déformation de transformation importante, bonne résistance à la fatigue, stabilité). 1.3.1. Transformation de phases dans un NiTi pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013 La phase haute température (austénitique) des alliages à base de NiTi présente une structure cristallographique de type cubique centrée ordonnée B2 (Figure 1-4). Lors d’un refroidissement cette phase de haute symétrie se transforme en martensite, phase de degré de symétrie plus basse. La martensite a une structure monoclinique compacte B19’ (Figure 1-5). La transformation martensitique peut être précédée d’une transformation de phase intermédiaire, qui conduit à la formation d’une phase appelée phase R de structure rhomboédrique (Zhang et Sehitoglu 2004). Guénin (Guénin 1997) a proposé un pseudodiagramme de phase (Figure 1-6) réalisé à partir d’essais de refroidissement-chauffage. Il montre les différentes transformations possibles en fonction des niveaux de contrainte et de température appliqués. Ce diagramme met en évidence la disparition de la transformation austénite phase R au profit d’une transformation directe austénite martensite au delà d’une certaine contrainte (Patoor et Berveiller 1994). Les alliages NiTi utilisés ont une composition très proche de la composition équiatomique (50%Ni-50%Ti). Les températures de transformation sont très sensibles à la composition du matériau (Guénin 1995, Tang et al.1999) (Figure 1-7). L’addition d’autres éléments peut influencer le comportement du matériau et changer les températures de transformation. L’ajout du fer (Fe) ou du Cobalt (Co), par exemple, a pour effet d’abaisser les températures de début et de fin de transformation, et de mettre en évidence la phase de transformation intermédiaire (R). Autre exemple, le remplacement partiel du Nickel (Ni) par du cuivre (Cu) permet de ne pas avoir de phase intermédiaire (R), et de diminuer l’hystérésis de transformation qui est de l’ordre de 30°C dans un alliage binaire, mais n’est plus que d’environ 5°C par adjonction de 5% de cuivre (Bataillard 1996). Figure ‎1-4 : Structure cristallographique de l’austénite dans un alliage de NiTi : maille cubique ordonnée B2 (Tang et al. 1999). 9

Partie A - Chapitre 1 : Superélasticité <strong>de</strong>s alliages à mémoire <strong>de</strong> forme<br />

Dans le cas <strong>de</strong> l’application d’une contrainte, c<strong>et</strong>te <strong>de</strong>rnière va favoriser la formation <strong>de</strong><br />

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Les températures caractéristiques <strong>de</strong> la transformation perm<strong>et</strong>tent <strong>de</strong> construire un diagramme<br />

<strong>de</strong> transformation (ou diagramme <strong>de</strong> phase) dans le plan contrainte-température (diagramme<br />

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températures <strong>de</strong> transformation <strong>et</strong> la contrainte appliquée. Ce diagramme définit les pentes <strong>de</strong><br />

transformation. La Figure 1-2-a montre un exemple <strong>de</strong> diagramme <strong>de</strong> phase proposé par<br />

Brinson (Brinson 1993).<br />

pastel-00910076, version 1 - 27 Nov 2013<br />

Figure ‎1-2 : Diagrammes <strong>de</strong> phase selon Brinson (Brinson 1993) : a) Chemin <strong>de</strong> la création<br />

<strong>de</strong> la martensite autoaccommodée dans un diagramme <strong>de</strong> phase, b) Représentation<br />

schématique <strong>de</strong> l’évolution <strong>de</strong> la fraction volumique <strong>de</strong> martensite lors <strong>de</strong> la transformation<br />

martensitique pilotée par la température à contrainte nulle.<br />

Figure ‎1-3 : Martensite autoaccommodée dans un alliage <strong>de</strong> NiTi (Xie <strong>et</strong> al. 1998).<br />

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