Les alliages à mémoire de forme

Résumé du document

Lorsque l'on soumet un métal ou un alliage ordinaire à une contrainte inférieure à sa limite élastique, la déformation disparaît après cessation de la contrainte. On parle de déformation élastique.
Au contraire, si la contrainte exercée est supérieure à la limite élastique, la déformation persiste après cessation de la contrainte. Cette déformation, dite plastique, n'évolue pratiquement plus si l'on soumet l'alliage ordinaire à des variations de température.
La déformation élastique n'excède pas quelques pour mille pour les alliage usuels, alors que les déformations plastiques varie de quelques pour cent à quelques dizaines de pour cent.
Un alliage à mémoire de forme peut au contraire subir une déformation apparemment plastique de quelques pour cent dans une certaine gamme de température et retrouver intégralement sa forme initiale par réchauffage : c'est l'effet mémoire de forme.
Pour d'autres conditions thermiques une déformation réversible du même ordre s'annule instantanément après cessation de la contrainte : c'est la superélasticité .
Ce travail est consacré à l'étude de l'un des alliages qui présente ces deux phénomènes : le Cuivre-Zinc-Aluminium.

Extraits

[...] Ce retard entraîne un étalement de la transformation. Cependant, pour une fraction donnée de phase transformée, le système reste monovariant et dans le plan (contrainte-température) car la contrainte va jouer ici le rôle de la pression dans une transition liquide-vapeur, .les points représentatifs des températures de début de transformation, seront sur des courbes1 dont la pente est donnée par la formule de Clapeyron qui s'écrit ici : dτ/dT = (ρ. LAM) / εAM.T où ρ est la masse volumique, ε la déformation relative maximale en cisaillement d'un monocristal, τ la contrainte de cisaillement appliquée, L l'enthalpie massique de transition de phase, et T la température assimilables à des droites sur un petit intervalle de température Annexe 2 Eléments de mécanique du ressort Rappels sur la torsion : Soit un cylindre circulaire de longueur l de diamètre d. [...]

[...] En effet, la suppression de la contrainte replace le système dans le domaine de stabilité de l'austénite et la déformation -et la martensite associée - disparaissent. Cette déformation réversible dite superélastique peut aller jusqu'à (figure 6). Contrainte Déformation superélastique due à la formation de martensite Contrainte critique Déformation élastique habituelle Déformation Figure 6 : Courbe contrainte-déformation (T0 > Af) L'effet mémoire double sens L'effet mémoire peut être rendu réversible à partir de la notion de transformation assistée par la contrainte développée au paragraphe précédent. [...]

[...] On plonge le ressort dans un bain d'eau à 100°C pour éliminer les lacunes dont l'évolution gênerait le déplacement des interfaces entre les variantes de martensites lors de l'éducation. L'effet mémoire simple sens (martensite-austénite) est classiquement obtenu par déformation de la martensite à température ambiante suivi d'un réchauffement en phase austénitique. L'éducation consiste à faire apparaître un effet mémoire spontané (i.e. sans contrainte mais seulement avec une variation de température) dans l'autre sens (austénitemartensite) : le ressort sera alors éduqué double sens. Lorsque l'on refroidit le ressort, β donne de la martensite. Sans contrainte appliquée, toutes les variantes sont présentes. [...]

[...] On parle de déformation élastique. Au contraire, si la contrainte exercée est supérieure à la limite élastique, la déformation persiste après cessation de la contrainte. Cette déformation, dite plastique, n'évolue pratiquement plus si l'on soumet l'alliage ordinaire à des variations de température. La déformation élastique n'excède pas quelques pour mille pour les alliage usuels, alors que les déformation plastiques varie de quelques pour cent à quelques dizaines de pour cent. Un alliage à mémoire de forme peut au contraire subir une déformation apparemment plastique de quelques pour cent dans une certaine gamme de température et retrouver intégralement sa forme initiale par réchauffage : c'est l'effet mémoire de forme. [...]

[...] Compte tenu des caractéristiques géométriques et thermomécaniques de notre ressort la température d'ouverture du système optimisé est : Topt. = 70 + / 55,75 où m est la masse en grammes posée sur le ressort. Dans l'hypothèse où la place disponible pour le ressort ne permet pas de placer celui que nous avons réalisé l'optimisation est plus complexe mais toujours possible à partir des données de l'annexe 2. Une fois le ressort calculé (diamètre disponible, longueur nécessaire pour ouvrir la vanne d'eau froide ) on calculera la contrainte associée à une masse m' et on optimisera le système en se souvenant qu'une contrainte de 21 MPa déplace la température de déploiement du ressort de (figure 14). [...]