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Article

1 - TRANSFORMATIONS MARTENSITIQUES

2 - PROPRIÉTÉS THERMOMÉCANIQUES

3 - PRINCIPAUX ALLIAGES INDUSTRIELS

4 - ÉLÉMENTS DE CALCUL D’ACTIONNEURS À MÉMOIRE DE FORME

5 - QUELQUES APPLICATIONS DES ALLIAGES À MÉMOIRE DE FORME

  • 5.1 - Couplage
  • 5.2 - Actionneurs
  • 5.3 - Utilisation des propriétés pseudo‐élastiques

Article de référence | Réf : M530 v2

Principaux alliages industriels
Alliages à mémoire de forme

Auteur(s) : Gérard GUÉNIN

Date de publication : 10 janv. 1996

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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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Auteur(s)

  • 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

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m530


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3. 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.

  • Structure haute température : phase

    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.

  • 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] :

    • type AB AB : structure 2H (hexagonal compact) ;

    • 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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3.1.1 Alliage Cu-Zn-Al

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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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PATOOR (E.), BERVEILLER (M.) -   Les alliages à mémoire de forme.  -  Hermès. 65 p (1990).

  • (2) -   *  -  Proceedings of European symposium on martensitic transformations and shape memory properties (Aussois France 1991) J. de Phys. C4 vol. 1. Éd. G. Guénin 475 p, nov. 1991.

  • (3) -   *  -  Proceedings of III European symposium on martensitic transformations (Barcelone Espagne 1994) J. de Phys. C 2 fév. 1995. Éd. A. Planes J. Ortin, L. Manõsa 551 p (1995).

  • (4) -   *  -  Proceedings of the international conference on martensitic transformations (ICOMAT 92) Monterey Institute of Advanced Studied USA, Éd. C.M. Wayman and J. Perkins 1 347 p (1993).

  • (5) - GAUDEZ (P.) -   *  -  Étude et réalisation de dispositifs actionneurs utilisant un élément en alliage à mémoire de forme. Thèse INSA Lyon (1993).

  • (6)...

1 Thèses

* - http://www.sudoc.abes.fr

DALLE (F.) - Étude de l'alliage à mémoire de forme Nickel-Titane-Hafnium à hautes températures de transformation : élaboration conventionnelle et non conventionnelle, mise en forme, caractérisation et évaluation. - Paris 6 (2001).

ABADIE (J.) - Etude et réalisation de micro-actionneurs intégrés à base d'alliage à mémoire de forme. - Université Franche-Comté (2000).

BOUVET (C.) - De l'uniaxial au multiaxial : comportement pseudoélastique des alliages à mémoire de forme. - Université Franche-Comté (2001).

JOLY (A.) - Les alliages à mémoire de forme : approche métallurgique. - Université Reims Champagne-Ardenne (2002).

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2 Normalisation

HAUT DE PAGE

2.1 Association Française de Normalisation AFNOR

http:/www.afnor.fr

NF A 51-080 - 4-1991 - Alliages à mémoire de forme. Vocabulaire et mesures. - -

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3 Fournisseurs...

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