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Développement de la technologie de laminage à tiède pour la mise en forme d'alliage à mémoire de forme Ti-Ni

Facchinello, Yann (2011). Développement de la technologie de laminage à tiède pour la mise en forme d'alliage à mémoire de forme Ti-Ni. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les alliages à mémoire de forme ou AMF sont des matériaux ayant la capacité de générer une force et/ou un déplacement sous chauffage après d’importantes déformations. Cette famille d’alliage présente également des propriétés superélastiques. Ces matériaux trouvent des applications comme actionneurs (effet mémoire de forme) ou dans des dispositifs biomédicaux (effet superélastique). Basées sur le phénomène de la transformation martensitiques, les propriétés fonctionnelles de tels alliages dépendent fortement de la méthode de mise en forme utilisée. Il a été démontré que l’utilisation du laminage à froid sévère plus traitement thermique post-déformation permettait d’améliorer considérablement les propriétés fonctionnelles de l’alliage au prix d’une diminution de la tenue en fatigue.

Dans le cadre de ce projet, le laminage à tiède est appliqué pour la première fois au AMF Ti-Ni afin d’améliorer la durée de vie de ces matériaux tout en préservant le niveau de propriétés atteints avec le laminage à froid plus traitement thermique.

Des essais de caractérisation des propriétés thermiques et mécaniques (essais calorimétrique et essai de traction) et fonctionnelles (essais de déformation récupérable et de contrainte générée) ont été réalisés sur l’alliage Ti-50.26at.%Ni. Cet alliage a été soumis à six traitements thermomécaniques différents visant la même déformation réelle de e=1.2 combinant laminage à froid, laminage à tiède, recuit intermédiaire et recuit post-déformation. Les essais calorimétriques et de tractions ont montré que les différents traitements thermomécaniques n’influaient pas de façon importante les propriétés du matériau. Pour les six différentes séquences de laminage, les températures de transformation restent les mêmes tandis que les courbes de tractions montrent uniquement un écrouissage moindre des échantillons laminés à tiède.

Par contre, les essais de caractérisation des propriétés fonctionnelles ont montrés que le laminage à tiède plus traitement thermique intermédiaire permettait d’augmenter la durée de vie en fatigue de 4 fois pour l’essai de génération de contrainte et 1,5 fois pour la déformation récupérable libre. Cependant, pour une même déformation initiale, les échantillons laminés à tiède présentent une contrainte générée diminuée de 20% par rapport au matériau laminé à froid. À contrainte générée égale, les échantillons laminés à tiède conservent leur avantage ce qui prouve l’efficacité de la mise en forme à tiède.

Reste à déterminer les causes de cette augmentation de la vie en fatigue. Pour cela, la caractérisation microstructurale (diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission, microscopie électronique à balayage, etc) sera nécessaire afin d’identifier les raisons permettant d’expliquer les phénomènes observés.

Résumé traduit

Shape memory alloys (SMA) are a class of material able to generate force and/or displacement under heating after large deformation. Those alloys can also exhibit superelastic (SE) properties. SMA are used as actuators (shape memory effect) or as biomedical devices (SE). SMA’s behaviours are based on the reversible martensitic transformation and their properties are strongly influenced by the final steps of fabrication. It has been proven that severe cold working plus post deformation annealing (PDA) allows an improvement of the SMA functional properties at the expense of a shorter fatigue life. In this study, warm rolling is used for the first time on Ti-Ni SMAs to improve the material’s fatigue life while keeping excellent functional properties.

Thermal and mechanical testing (differential scanning calorimetry and tensile tests) and functional experiments (recovery strain and stress) were performed on Ti-50.26at.%Ni. Six different thermomechanical treatments combining cold, warm and PDA were used to reach a true strain of e=1.2.

DSC and tensile tests showed that the different thermomechanical treatments were not significantly affecting the material properties. Transformation temperatures were the same for the six tested samples, while stress-strain curves showed that warm rolled samples were less hardened than cold rolled samples.

Functional experiments showed that warm rolling combined with intermediate annealing were increasing fatigue life by four times for the constrained recovery testing and 1.5 times for the stress free recovery testing. However, warm rolled samples exhibit a recovery stress 20 % lower than cold rolled samples. For comparable recovery stress, warm rolled samples still show a longer fatigue life.

In order to identify the reasons for the longer fatigue life, microstructural characterization using X ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, etc will be necessary.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [108]-110.
Mots-clés libres: Alliages à mémoire de forme. Nanomatériaux. Fabrication Technologie. Laminage. Recuit des métaux. Matériaux Essais. Caractérisation, Tiède, Ti-Ni, Alliages nanostructurés
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Brailovski, Vladimir
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 14 mars 2012 14:26
Dernière modification: 20 févr. 2017 21:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/958

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