Etude du comportement des interfaces austenite martensite et martensite martensite de deux alliages a

Mme Baron, Marie-Pierre

Informations

• Publié par: Armyo
• Nombre de lectures: 47
• Langue: Français

Extrait

Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
IV- Etude des interfaces dans le cas
d’un cycle superélastique mesuré
sur des monocristaux.
Le but de cette étude est de mieux comprendre le comportement des interfaces
austénite/martensite, lors de la transformation induite par la contrainte. Dans le cas des essais
que nous avons effectués, l’axe de traction est orienté de façon à ce que les échantillons
monocristallins en phase austénitique se transforment sous l’effet de la contrainte en
monovariant de phase martensitique.
Les deux monocristaux étudiés sont le CuZnAl (CZA*1) et le CuAlBe (CAB*33), dont les
températures de transformation Ms sont respectivement 14°C et 27°C (valeurs obtenues par
DSC). Les compositions sont données dans le chapitre 3. Certains essais ont été effectués sur
un autre échantillon de CuZnAl, le CZA*9, dont la température Ms est égale à 7°C. Nous
préciserons alors la nature de l’échantillon étudié.
_________________________________
89Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
41 L’effet superélastique
411 Martensite induite par la contrainte
Courbe de superélasticité
Le principe de l’effet superélastique a été expliqué dans le premier chapitre. Sur les figures
411.1a et 411.1b sont représentées deux courbes de superélasticité mesurées pour une
température constante de 35°C: la première dans le cas de l’échantillon monocristallin de
CuAlBe, la deuxième dans le cas d’un polycristal. La température de transformation Ms des
deux échantillons est de 27°C. Nous avons imposé une vitesse de déformation de 1%/min.
Dans un premier temps, l’échantillon déformé présente un comportement élastique (de A à B).
Quand on augmente la déformation, des aiguilles de martensite se développent et l’échantillon
se transforme martensitiquement (de B à C).
_________________________________
90s
s
e
e
(MPa) (MPa)
Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
70 70
T=35°C60 T=35°C60
BC50 50
40 40
D
30 30
E
20 20
10 10
A
0 0
01234567 01234567
(%) (%)
(a) (b)
Figure 411.1. Essai de superélasticité à 35°C : (a) dans le cas d’un monocristal de CuAlBe (Ms=27°C) ; (b)
dans le cas d’un polycristal de CuAlBe (Ms=27°C).
Dans le cas d’un monocristal, il apparaît un plateau, dû à l’apparition de plusieurs aiguilles qui
appartiennent à la même variante de martensite.
Quand la déformation est relâchée, une hystérésis apparaît (C à D). l’échantillon subit une
transformation martensitique inverse (de D à E). La contrainte décroît rapidement et devient
presque horizontale dans le cas d’un monocristal. Les aiguilles de martensite disparaissent
alors peu à peu. En E, elles ont totalement disparu, laissant l’échantillon en phase
austénitique. De E à A, la contrainte décroît linéairement en fonction de la déformation,
suivant un comportement élastique.
Dans le cas d’un polycristal, il n’y a pas de plateau comme dans le cas du monocristal mais la
contrainte augmente de façon continue avec la déformation.
Dans chaque grain du polycristal, certaines variantes sont favorisées par l’application de la
contrainte. Cependant, elles rencontrent les joints de grain et un phénomène d’accommodation
se produit. Des contraintes internes apparaissent aux joints de grains et la contrainte
augmente. Lors de la décharge, pour le polycristal, on observe une décroissance continue de la
contrainte et l’échantillon retrouve sa forme d’origine.
_________________________________
91s
s
s
s
Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
Contrainte critique
La contrainte critique, , a été définie auparavant comme étant la contrainte nécessaire àc
l’induction de la première aiguille de martensite. Sur la figure 411.2, on a reporté l’évolution
de cette contrainte critique en fonction de la température, pour le CuZnAl comme pour le
CuAlBe.
Il faut noter le comportement linéaire de en fonction de la température. La pente de cettec
droite est d’environ 2.3 MPa/°C dans le cas du CuZnAl et 1.8MPa/°C dans le cas du CuAlBe.
Ce comportement linéaire est en accord avec la loi de Clausius Clapeyron (voir chapitre 1).
On retrouve approximativement la température de transformation Ms, marquant le début de la
transformation martensitique en extrapolant cette droite à =0 .c
Les mesures de la températureMs donnent une valeur de 14°C pour le CuZnAl et de 15°C
pour le CuAlBe. On retrouve alors des valeurs assez proches de celles mesurées initialement
par DSC (14°C pour le CuZnAl et 27°C pour le CuAlBe).
c (MPa)
CuAlBe
120 CuZnAl
100
80
60
40
20
0
01020304050607080T(°C)
Figure 411.2. Comportement de la contrainte critique en fonction de la température dans le cas de monocristaux
de CuZnAl et de CuAlBe.
_________________________________
92s
e
Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
Influence de la vitesse en déformation
Nous avons mesuré sur un échantillon de CuZnAl la contrainte en fonction de la déformation
pour des vitesses de déformation différentes (0.5, 1 et 5%/min) et pour une température
d’essai de 30°C (figure 411.3).
On peut constater sur la figure 411.3 une évolution de la contrainte en charge avec la vitesse
de déformation. Par contre, la contrainte en décharge ne semble pas influencée par la
modification de la vitesse.
Nous avons reporté la contrainte critique, s , en fonction de la vitesse, pour le CuZnAl et lec
CuAlBe (figures 411.4). Cette contrainte s évolue très peu avec la vitesse. De plus, l’erreurc
devient assez importante pour les vitesses les plus élevées.
(MPa)
3
40 T=30°C 1
30
2
20
10
0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
(%)
Figure 411.3. Courbe de superélasticité à 30°C. (1)- 5 %/min. (2)- 1 %/min. (3)- 0.1 %/min. Cas du CuZnAl
(Ms=14°C).
_________________________________
93s
s
Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
(MPa)c
30 °C
40
35°C
40°C
30
20
10
0
012345
vitesse (%/min)
(a)
(MPa)c
100
80
60
50 °C
55°C
40
60°C
20
0
012345
vitesse (%/min)
(b)
Figures 411.4. Influence de la vitesse en déformation sur la contrainte critique : (a) cas du CuZnAl ; ((b) cas du
CuAlBe.
_________________________________
94Æ
s
s
s
s
s
Æ
Æ
Æ
Chap.IV Etude des interfaces dans le cas d’un cycle superélastique mesuré sur des monocristaux.
_________________________________________________________________________________________
412 Comportement de l’hystérésis
Influence de la température
H (MPa)
12
10
CuAlBe
8
CuZnAl
6
4
2
0
01020304050607080
T(°C)
Figure 412.1. Influence de la température sur l’hystérésis : cas du CuZnAl et du CuAlBe.
On a choisi de mesurer l’hystérésis de la contrainte, H, en prenant la différence entre la
contrainte en charge et la contrainte en décharge pour une déformation de 1%.A M M A
La vitesse de déformation est de 2%/min et les essais ont été effectués pour des températures
constantes comprises entre 20 et 45°C dans le cas du CuZnAl et entre 30 et 80°C dans le cas
du CuAlBe. On trouve une hystérésis de 9MPa pour le CuAlBe et 3MPa pour le CuZnAl.
Nous avons reporté l’hystérésis en fonction de la température de l’essai (figure 412.1). Nous
avons observé une croissance de l’hystérésis dans le cas du CuZnAl, ce qui concorde avec les
résultats obtenus par Otsuka et al. [68] dans le cas du CuAlNi. Par contre, l'hystérésis du