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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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Éléments de calcul d’actionneurs à mémoire de forme3. Principaux alliages industriels
3.1 Alliages à base cuivre
Il existe de nombreux alliages à base cuivre susceptibles de présenter l’effet mémoire de forme : Cu-Zn, Cu-Al, Cu-Sn, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Be. Tous ces alliages ont des structures et des comportements proches et nous nous limiterons, dans ce qui suit, à la description plus détaillée des alliages Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni et Cu-Al-Be qui sont actuellement les principaux alliages industriels.
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Structure haute température : phase
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C’est une phase intermétallique pour laquelle, si on ne tient pas compte de leur nature, les atomes se disposent suivant une structure cubique centrée. Suivant les alliages et leur composition, on peut avoir des ordres atomiques différents [6] : B2 (type CsCl), DO3 (type Fe3Al) ou L21 (type Cu2AlMn). Cette phase n’est en général pas à l’équilibre thermodynamique stable : elle est métastable et obtenue par trempe à partir de sa zone de stabilité qui se situe à plus haute température.
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Structure basse température : martensite
La martensite a une structure compacte correspondant à des empilements de plans compacts. Si l’on ne tient pas compte de la nature des atomes, trois types de plans compacts sont à envisager selon leur position relative : A, B, C et deux structures principales de martensite sont rencontrées [6] :
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type AB AB : structure 2H (hexagonal compact) ;
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type : structure 9R.
La structure cubique à faces centrées 3R ABC ABC est peu rencontrée, elle se produit quelquefois sous contrainte.
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La phase β de l’alliage binaire Cu-Zn est susceptible de se transformer en martensite, mais seulement pour des conditions limites. La phase β métastable est alors difficile à obtenir même par trempe violente. L’adjonction d’aluminium rend la situation plus favorable comme l’indique la figure 8 qui représente des coupes du diagramme Cu-Zn-Al avec les températures Ms de la phase β métastable.
Si...
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