Optimisation des propriétés fonctionnelles des alliages à mémoire de forme suite à l'application de traitements thermomécaniques

摘要

L'objectif de ce projet est de determiner les regimes de la mise en forme (conditions de laminage et temperature de traitement thermique) maximisant les proprietes fonctionnelles de I'alliage a memoire de forme Ti-Ni. Ce projet est divise en trois sujets qui sont traites chacun dans un article scientifique. Les materiaux utilises dans le cadre de ce projet sont les alliages Ti-50.0at.%Ni et Ti 50.26at.%Ni car ils presentent generalement I'effet memoire de forme a la temperature ambiante. Les echantillons sont produits par laminage a froid sous différentes conditions (e=0.25-2, FT=0.1-0.5ay, lubrifie ou non lubrifie) suivi de traitements thermiques (PDA=200-700°C). Les specimens sont par la suite caracterises par : la calorimetrie differentielle a balayage, la microscopic optique, les essais de traction isotherme, microdurete, generation de contrainte et de deformation recuperable. Ces différentes techniques de mesure ont permis d'obtenir les temperatures de transformation de phase martensitique, I'energie de cristallisation et de grossissement des grains, la quantite et la magnitude des microfissures induites pendant le laminage, les proprietes mecaniques et les proprietes fonctionnelles.ududDans un premier temps, differents regimes de mise en forme ont ete appliques a I'alliage Ti-Ni et la caracterisation des proprietes thermomecaniques du materiau a ete effectuee. Cette etape du projet a servi a Tetablissement des conditions du laminage a froid et d'un traitement thermique permettant d'affiner sa structure (taille de grains) jusqu'a I'echelle nanometrique et ainsi de maximiser ces proprietes fonctionnelles. En contrepartie, les defauts de surface induits par le laminage severe n'ont pas permis de garantir une bonne repetitivite de ces mesures.ududPar la suite, I'optimisation de la technologic de laminage a froid d'un alliage Ti-Ni a été realisee. Le reglage des differents parametres de laminage tels que le taux d'ecrouissage, la force de tension dans la bande et les conditions de lubrification ont permis de determiner la combinaison garantissant a la fois I'atteinte d'excellentes proprietes fonctionnelles et leur repetitivite. A cette etape du projet, les essais sont realises seulement pour un seul cycle, ce qui ne permettait pas d'appliquer les resultats obtenus aux applications demandant un nombre significatif de cycles de sollicitation thermomecanique.ududFinalement, le cyclage thermomecanique (110 - 210 cycles) de la reprise de forme (libre et sous charge) et de la generation de contrainte a ete execute. Au meilleur des connaissances de l'auteur, ces essais procurent les toutes premieres donnees de fatigue thermomecanique pour les materiaux Ti-Ni nanostructures (cristallises a partir de I'etat amorphe) et complètent les donnees existantes pour les materiaux microcristallins et a grains ultrafins pour un nombre de cycles superieur a N=100 cycles.ududAu terme de ce travail, certaines conclusions ont pu etre formulees. Pour tous les niveaux de deformation a froid (e=0.25-2), la contrainte generee ainsi que la deformation recuperable atteignent leurs valeurs maximales pour la meme temperature de traitement thermique qui varie entrc 350 et 400°C. De plus, 1'augmentation de la force de tension pendant le laminage diminue les forces de laminage ainsi que la difference entre I'epaisseur reelle du produit lamine et l'epaisseur voulue, mais augmente les longueurs moyenne et maximale des microfissures induites.ududPour un cycle unique, l'utilisation d'un taux de travail a froid e=1.5 obtenu avec I'application d'une force de tension Fj = 0.lay ainsi que I'application d'une huile minerale a I'interface bande-rouleaux resulte en un echantillon droit, sans microfissure visible et qui apres un traitement thermique a 400°C, produit un materiau nanostructure qui manifeste des proprietes fonctionnelles presque deux fois plus grandes que le meme materiau ayant une structure polygonisee (e=0.25+400°C).ududPour des cycles repetes, les memes conditions de laminage sont valables mais le taux de travail a froid optimal est situe entre e=0.75 et e=2, et depend particulierement du mode de sollicitation, du niveau de stabilisation et du nombre de cycles a la mpture requis par l'application.