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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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Transformations martensitiques5. Quelques applications des alliages à mémoire de forme
Les applications des alliages à mémoire de forme concernent des domaines très variés allant de l’ingénierie mécanique à la médecine en passant par les produits domestiques et même la mode. L’objet ici n’est pas de décrire un grand nombre d’applications mais plutôt de donner quelques principes illustrés chacun par un ou deux exemples.
5.1 Couplage
Le but est d’assurer une liaison entre deux pièces en utilisant la possibilité des A.M.F. de se déformer fortement à l’état martensitique. La connexion de tubes est historiquement le premier type d’application (Sté Raychem) : un manchon cylindrique en alliage T i-Ni dont la température de transformation est largement en dessous de la température ambiante est réalisé pour que son diamètre intérieur en phase mère soit légèrement inférieur à la cote extérieure des tubes à joindre. En dessous de la température Mf , ce manchon est déformé pour que son diamètre interne devienne supérieur au diamètre des tubes. Le manchon, enfilé sur les tubes, reprend sa forme initiale par chauffage à l’ambiante et assure ainsi la liaison, rendant l’ensemble étanche. Pour ce genre d’application, l’hystérésis de la transformation en température n’est pas un handicap. Elle peut même devenir intéressante pour éviter de refroidir à basse température : ce type de manchon peut être réalisé en A.M.F. base fer décrit au paragraphe 3.3. Le manchon en phase mère et dont la température Ms est située en dessous de la température d’utilisation est déformé à l’ambiante, ce qui induit la martensite. Le manchon reste alors dans cet état du fait de l’hystérésis importante. Le couplage se fait par chauffage vers 200-300 oC. Au retour à l’ambiante, le couplage reste assuré car la phase mère subsiste.
Dans ce qui...
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