Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

HAL Id: pastel-00005013 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005013 Sub

HAL Id: pastel-00005013 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005013 Submitted on 14 Apr 2009 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Étude d’alliages à mémoire de forme base Ru pour applications hautes températures Karine Chastaing To cite this version: Karine Chastaing. Étude d’alliages à mémoire de forme base Ru pour applications hautes tempéra- tures. Chemical Sciences. Chimie ParisTech, 2007. English. pastel-00005013 Thèse de Doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) Ecole Doctorale 397 Physique et Chimie des Matériaux présentée par Karine CHASTAING pour obtenir le grade de docteur de l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) Etude d’alliages à mémoire de forme base Ru pour applications hautes températures Soutenue le 28/09/2007 devant le jury composé de : M. Jan VAN HUMBEECK Rapporteur M. Jean-Yves GUEDOU Rapporteur M. Richard PORTIER Directeur scientifique M. Daniel CAILLARD Examinateur M. Michel QUARTON Examinateur M. Philippe VERMAUT Examinateur Mme Anne DENQUIN Examinateur « L’histoire est entièrement vraie puisque je l’ai imaginée d’un bout à l’autre. » Boris VIAN Remerciements REMERCIEMENTS Ce travail de thèse a été réalisé au sein du Département Matériaux Métalliques et Procédés (DMMP) de l’ONERA, en coopération avec le groupe de Métallurgie Structurale de l’ENSCP, grâce à un financement de la DGA. Je tiens tout d’abord à remercier vivement Shigehisa Naka, directeur du DMMP, de m’avoir accueillie dans son département. Mes remerciements vont ensuite tout naturellement vers Anne Denquin, encadrante ONERA de cette thèse, pour m’avoir guidée pendant ces 3 années. Je souhaiterais également exprimer toute ma gratitude à mon directeur de thèse, Richard Portier, pour m’avoir communiqué son goût pour la métallurgie et un certain art de vivre. Je remercie sincèrement Philippe Vermaut, encadrant ENSCP, pour sa grande disponibilité ainsi que pour le soutien technique mais aussi personnel qu’il m’a toujours apporté avec sa plus grande bienveillance. Un grand merci également à Jan Van Humbeeck et Jean-Yves Guedou qui m’ont fait l’honneur d’être rapporteurs de ce mémoire. Je remercie aussi Michel Quarton de sa participation à mon jury de thèse en tant que représentant de l’université Pierre et Marie Curie. Je tiens tout particulièrement à remercier Daniel Caillard d’avoir accepté de présider mon jury de thèse et également du temps qu’il a si spontanément proposé de passer au microscope pour observer les alliages dont il est question dans ce manuscrit. Ce travail de thèse a aussi nécessité la participation de nombreuses ressources ONERA parmi lesquelles je souhaite tout particulièrement remercier Alain Rafray et Didier Mézières sans qui les essais mécaniques présentés ici n’auraient pu être réalisés. J’adresse également un remerciement très spécial à Agnès Locq qui est pour beaucoup dans l’obtention des micrographies qui illustrent ce manuscrit et que j’assure de toute mon amitié. Merci également à tous les autres collègues et autres thésards grâce auxquels ces trois années se sont passées dans une ambiance plus que sympathique :Arnaud Villemiane, Sarah Hamadi, Aurélie Soula, Sébastien Mercier, Catherine Rio, Monique Raffestin, MartinevPoulain, Odile Lavigne, Catherine Ramusat et tous ceux que je ne peux citer ici. Je termine enfin par Marie-Anne Prévost et Pierre-Yvan Théry qui pèsent, dans ce travail, un poids plus lourd qu’ils ne le pensent … … comme toi, Benjamin. Remerciements Table des matières TABLE DES MATIERES INTRODUCTION 1 CHAPITRE 1 : BIBLIOGRAPHIE 3 I. La transformation martensitique 5 1. Caractéristiques microscopiques et macroscopiques de la transformation martensitique 5 2. Cristallographie de la transformation martensitique 8 3. Martensite thermoélastique et non-thermoélastique 11 4. Thermodynamique de la transformation martensitique 12 5. Conclusion 16 II. Propriétés thermomécaniques des alliages à mémoire de forme 17 1. L’effet mémoire simple sens 17 2. L’effet mémoire double sens 19 3. La superélasticité 21 4. L’effet caoutchoutique 23 5. L’effet amortissant 23 6. Conclusion 24 III. Principaux alliages à mémoire de forme 25 1. Alliages industriels 25 2. Alliages haute température 27 3. Conclusion 29 IV. Alliages base Ru 30 1. Structures 30 2. Températures de transformations 34 3. Diagrammes de phase 36 4. Microstructures 36 5. Propriétés de mémoires de forme 37 V. Conclusion 37 Table des matières CHAPITRE 2 : MATERIAUX ET METHODES 39 I. Alliages RuNb et RuTa 41 1. Choix des compositions d’alliage 41 2. Elaboration 44 3. Vérification des compositions 45 II. Caractérisation physico-chimique 46 1. Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) 46 2. Analyse thermique différentielle (ATD) 47 3. Limites 47 III. Caractérisation microstructurale 48 1. Diffraction des rayons X (DRX) 48 2. Microscopie optique 49 3. Microscopie électronique à balayage (MEB) 50 4. Microscopie électronique en transmission (MET) 53 IV. Caractérisation mécanique 61 1. Essais mécaniques en flexion et compression 61 2. Cyclage thermique sous contrainte 64 CHAPITRE 3 : INLFUENCE DE LA COMPOSITION SUR LES TEMPERATURES DE TRANSFORMATIONS DE PHASE ET LES STRUCTURES CRISTALLINES 65 I. Homogénéisation des alliages 67 1. Alliages bruts 67 2. Traitement thermique d’homogénéisation 78 3. Conclusion 87 II. Structure cristalline à température ambiante 90 1. Détermination de la structure cristalline par diffraction des rayons X 90 2. Confirmation de la structure cristalline par diffraction électronique 95 3. Conclusion 98 III. Vieillissement et stabilisation de la martensite 99 1. Vieillissement 99 2. Stabilisation 100 3. Conclusion 101 IV. Conclusions 102 CHAPITRE 4 : CARACTERISTIQUES MICROSTRUCTURALES ASSOCIEES AUX TRANSFORMATIONS DE PHASE 105 I. Microstructure générale des alliages base Ru 107 1. Etude préliminaire : contraste cristallin au MEB 107 Table des matières 2. Microstructure observée par microscopie en transmission 109 II. Etude de la transformation /’ 112 1. Détermination du système de maclage dans les alliages tétragonaux 112 2. Observation in situ de la transformation /’ 115 3. Discussion sur la microstructure de la phase ’ 117 II. Etude de la transformation ’/’’ 119 1. Analyse de la microstructure de la martensite ’’ 119 2. Parois de translation 122 3. Observation in situ de la transformation ’/’’ 131 4. Discussion sur la microstructure de la phase ’ 135 III. Conclusion 136 CHAPITRE 5 : EFFET MEMOIRE ET MECANISMES DE DEFORMATION 137 I. Démonstration de l’effet mémoire : flexion 3 points 139 1. Principe. 139 2. Alliage Ru50Ta50 139 3. Alliage Ru50Nb50 140 4. Alliage Ru45Nb55 142 5 Conclusion 143 II. Etude quantitative de l’effet mémoire simple associé à la transformation /’ : alliages Ru50Nb50 et Ru45Nb55 144 1. Alliage Ru50Nb50 144 2. Alliage Ru45Nb55 148 3. Comparaison du comportement mécanique de la phase ’ dans les alliages Ru50Nb50 et Ru45Nb55 152 4. Conclusion 153 III. Etude quantitative de l’effet mémoire simple associée à la transformation ’/’’ : alliage Ru50Nb50 154 1. Choix de la température d’essai 154 2. Déformation en phase ’’ 154 3. Traitements thermiques successifs en phase ’ et en phase 155 4. Contrainte d’apparition de déformation plastique 156 5. Comparaison du comportement mécanique des phases ’ et ’’ dans l’alliage Ru50Nb50 157 6 Conclusion concernant l’effet mémoire simple associé à la transformation ’/’’ dans l’alliage Ru50Nb50 158 IV. Etude des modes de déformation dans les alliages Ru50Nb50 et Ru45Nb55 159 1. Etude préliminaire sur l’alliage Ru50Nb50 : observation au MEB avant et après compression en phase ’ et ’ 159 2. Observation par microscopie électronique en transmission in situ des modes de déformation dans les alliages Ru50Nb50 et Ru45Nb55 161 V. Conclusion 168 Table des matières CHAPITRE 6 : AUTRES PROPRIETES ASSOCIEES A LA TRANSFORMATIONS MARTENSITIQUE 171 I. Transformation sous contrainte – Mémoire double 173 1. Alliage Ru50Nb50 173 2. Alliage Ru45Nb55 181 3. Conclusion 188 II. Superélasticité 191 1. Alliage Ru50Nb50 191 2. Alliage Ru45Nb55 193 3. Conclusion 195 III. Conclusion 196 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES 197 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 201 Introduction 1 INTRODUCTION Les alliages à mémoire de forme (AMF) doivent leurs propriétés mécaniques remarquables à une transformation structurale displacive dite martensitique entre phases haute température (l’austénite) et basse température (la martensite). Sous l’effet d’une contrainte, la martensite peut se réorganiser et permettre une déformation très importante de l’alliage. Celui-ci peut ensuite recouvrer sa forme initiale par simple chauffage, à la réversion de la martensite en austénite. C’est ce que l’on appelle l’effet mémoire de forme simple. La gamme de températures dans laquelle s’effectue la transformation martensitique dicte l’utilisation qui peut être envisagée pour un AMF particulier. Par exemple, les alliages base NiTi, dont la température de transformation peut être ajustée à celle du corps humain, sont largement utilisés dans le domaine biomédical. Cependant, les AMF industriels présentent des températures de transformation inférieures à 200° C ce qui limite le champ d’applications de ces matériaux si particuliers. Le développement d'alliages à mémoire de forme présentant de hautes températures de transformation martensitique (T>450° C) ouvrirait des domaines d'application jusque-là inexplorés, notamment dans les turbomachines pour des composants chauds, au niveau des tuyères et arrière-corps, mais aussi des chambres de combustion et des turbines. uploads/Science et Technologie/ these-karine-chastaing.pdf