Dialogue essais-simulation et identification de lois de comportement ...

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).
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