Etude des comportements electro-thermomécaniques et de la stabilisation martensitique d’alliages monocristallins

Gonzalez, Cezar Henrique

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Introduction

INTRODUCTION Les alliages à mémoire de forme sont reconnus pour leurs propriétés thermomécaniques inhabituelles. Aujourd’hui, ces propriétés les ont amenés à être classées parmi les matériaux intelligents. Ces alliages deviennent de plus en plus importants car il existe un vaste domaine d’applications technologiques potentielles comme par exemple: les microsystèmes (activateurs), la robotique, la mécanique, l’électrique, l’aérospatiale, le médical, l’orthodontie et autres. Les propriétés des alliages à mémoire de forme ont pour origine la transformation martensitique thermoélastique. Cette transformation présente des caractéristiques particulières, notamment dans le domaine de la cristallographie, de la thermodynamique et des propriétés mécaniques. Le développement des alliages à mémoire de forme passe par l’emploi de techniques expérimentales capables de suivre l’évolution des phénomènes physiques et par l’utilisation d’alliages performants. Dans ce travail, nous avons pour objectif de contribuer à l’analyse de mesures de résistivité couplées à des essais de traction, couplage récemment utilisée pour les études de la transformation martensitique, et pour l’étude du Cu-Al-Be qui est l’alliage le moins bien connu de la famille des alliages à mémoire de forme base cuivre. Le premier chapitre de ce travail présente une revue bibliographique de l’effet mémoire de forme et de la transformation martensitique. Une partie de ce chapitre est consacrée aux principales caractéristiques de la superélasticité des monocristaux et des facteurs qui interviennent sur ce comportement. Le second chapitre présente les alliages à mémoire de forme, détaillant leurs structures cristallines, propriétés et autres principales caractéristiques. Ce chapitre aborde aussi les principales études et hypothèses sur le phénomène de la stabilisation martensitique qui constitue un obstacle au développement des alliages à mémoire de forme. Les procédures expérimentales d’élaboration, de caractérisation et les traitements thermiques employés pour les alliages à base cuivre sont présentés dans le troisième chapitre. La résistivité électrique est largement utilisée pour l’étude des alliages à mémoire de forme pour sa sensibilité aux changements de structure cristalline pendant les transformations de

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Introduction

phase de l’état solide. Elle est largement appliquée pour la détermination des températures de transformation, et pour l’influence de la précipitation par traitement isotherme à hautes températures. Récemment, les mesures de résistivité électrique ont été couplées aux essais thermomécaniques de la transformation martensitique. Les paramètres comme la température, la contrainte, la déformation et le traitement thermique interviennent sur les mesures de résistivité. Ce couplage n’est pas restrictif au domaine des études scientifiques, il peut aussi permettre le contrôle en continu des alliages à mémoire de forme en tant qu’activateur thermique, mécanique et/ou électrique. Dans ce chapitre est décrite la mise au point d’un dispositif pour réaliser mesures de résistivité électrique couplées à des essais de traction pour caractériser les phénomènes liés à la mémoire de forme. Ce chapitre contient aussi les premiers résultats sur l’influence des traitements thermiques d’homogénéisation « direct » et « cumulé » sur les caractéristiques des transformations d’alliage Cu-Al-Be. La première partie du chapitre 4 présente les résultats d’essais electro- thermomécaniques sur des éprouvettes monocristallines d’alliages à mémoire de forme réalisés à différentes températures (phase martensitique, austénitique et l’état mixte). Les résultats des propriétés mesurées sont interprétés en fonction des mécanismes activés à chaque test. La deuxième partie est consacrée à l’étude des différents paramètres qui peuvent affecter les courbes electro-mécaniques superélastiques des monocristaux, tels comme : température d’essai, vitesse de déformation, orientation cristallographique de l’axe de traction, transformations martensitiques successives, traitements thermiques, cyclage et vieillissement à l’état mixte. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’étude de la stabilisation martensitique des alliages Cu-Al-Be. Les effets dégradants de la stabilisation sont d’une grande importance pour les applications des propriétés thermoélastiques de la transformation martensitique. Cette étude emploie des échantillons soumis à des traitements thermiques spécifiques et utilise les suivantes techniques expérimentales: résistivité électrique, dilatomètrie, calorimétrie et essais de flexion (effet mémoire).

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