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RÉSUMÉ
Un matériau métallique classique soumis à une contrainte mécanique supérieure à son élasticité se déforme de façon permanente. Mais les alliages à mémoire de forme échappent à cette règle. Un échantillon déformé peut rétrouver sa forme initiale par simple chauffage. Cet article décrit les transformations martensitiques à l'origine de cette propriété, appelée mémoire de forme. Puis il présente les alliages à mémoire de forme existants, et leurs applications industrielles.
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Gérard GUÉNIN : Ingénieur INSA (Institut National des Sciences Appliquées) - Docteur ès Sciences - Professeur à l’INSA de Lyon
INTRODUCTION
Habituellement, quand un métal ou alliage est soumis à une contrainte mécanique supérieure à sa limite d’élasticité, il subit une déformation plastique qui subsiste après cessation de la contrainte. Cette déformation n’évolue ensuite pas ou très peu lors de traitements thermiques ultérieurs. Les alliages à mémoire semblent échapper à ce comportement familier aux métallurgistes et aux mécaniciens : un échantillon d’un tel alliage, déformé de façon apparemment plastique à une température donnée, peut récupérer intégralement sa forme initiale par simple chauffage. Cette déformation peut atteindre 8 % en traction. Ce phénomène est appelé mémoire de forme, il est associé à une transformation structurale de type martensitique réversible qui se produit entre la température à laquelle on a déformé l’échantillon et celle à laquelle on l’a réchauffé pour qu’il retrouve sa forme. Cette transformation martensitique est aussi à l’origine d’autres propriétés thermoélastiques inhabituelles telles que la superélasticité. La description de ces propriétés nécessite une connaissance élémentaire des transformations martensitiques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1986 par Gérard GUÉNIN
- Version courante de sept. 2024 par Alain HAUTCOEUR, Étienne PATOOR, André EBERHARDT
DOI (Digital Object Identifier)
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Principaux alliages industriels2. Propriétés thermomécaniques
2.1 Déformation dans l’état martensitique
Considérons un monocristal de phase mère que l’on refroidit au‐dessous de Mf : il se transforme en toutes les variantes possibles car celles‐ci sont équiprobables. Les cisaillements associés se compensent de telle sorte que la forme macroscopique n’est pas modifiée. Si l’échantillon est alors soumis à une contrainte mécanique (figure 4), il subit une déformation importante ε c dont une grande partie ε r subsiste après cessation de la contrainte. Cette déformation pseudoplastique est essentiellement due aux mouvements des interfaces entre les variantes de telle sorte que les variantes favorisées (celles qui donnent une déformation dans le sens de la contrainte) croissent au détriment des autres variantes. Ce comportement est illustré schématiquement sur la figure 4 pour une martensite hypothétique à deux variantes et une contrainte de cisaillement. Une partie de la déformation est réversible lorsque la contrainte appliquée est supprimée et correspond à un retour en arrière partiel des interfaces entre variantes.
HAUT DE PAGE
À partir de l’état déformé précédent, si l’on soumet de nouveau l’échantillon à un cycle de contrainte O, σ, O, on décrit un fuseau de ε r à ε c (figure 4c ) dont la pente est beaucoup plus faible que celle correspondant à un retour élastique pur habituel : il correspond au mouvement partiel réversible des interfaces. Ce comportement pseudoélastique est appelé effet caoutchoutique.
HAUT DE PAGE2.1.2 Effet mémoire de forme simple
À partir de l’état déformé et à contrainte nulle, on peut maintenant réchauffer l’échantillon au‐dessus de Af : il y a alors transformation inverse par retour des interfaces martensite‐phase mère vers le monocristal initial...
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