EP0382109B1 - Procédé de conditionnement d'une pièce en alliage métallique à mémoire de forme présentant deux états de mémoire de forme réversibles - Google Patents

Procédé de conditionnement d'une pièce en alliage métallique à mémoire de forme présentant deux états de mémoire de forme réversibles Download PDF

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EP0382109B1
EP0382109B1 EP19900102048 EP90102048A EP0382109B1 EP 0382109 B1 EP0382109 B1 EP 0382109B1 EP 19900102048 EP19900102048 EP 19900102048 EP 90102048 A EP90102048 A EP 90102048A EP 0382109 B1 EP0382109 B1 EP 0382109B1
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EP
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temperature
shape memory
state
austenitic
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EP19900102048
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Guy Grenouillet
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect

Definitions

  • the invention relates to a method for packaging parts made of metal alloy capable of undergoing a reversible transformation from the state of crystallographic phase of austenitic type to a state of crystallographic phase of martensitic type, and relates in particular to the packaging of parts having complex configurations for the reversible memorization by these of two states of shape memory.
  • the process can be broken down into two series of operations, namely the preparation of the part to be educated and the education of the part itself.
  • This preparation essentially comprises three successive operations during which the part is first shaped according to a configuration constituting a first state of shape memory, then heated in order to be brought into a state of austenitic phase and finally cooled and stabilized at a temperature close to room temperature.
  • the education method comprises the operations consisting successively of deforming the part in order to bring it into the configuration constituting its second state of shape memory by subjecting it, at ambient temperature, to mechanical stress, to subject this part under mechanical stress to lower the temperature as it is brought into a martensitic phase state, to remove the mechanical stress, and to heat the part to a temperature such that it is again brought into a phase state austenitic so that it resumes the configuration constituting its first state of shape memory.
  • This cycle can be repeated a number of times to complete the education.
  • the main object of the invention is therefore to remedy the drawbacks of the above-mentioned prior art.
  • the packaging method according to the invention allows the preparation and education of metal alloy parts with shape memory for the purpose of their memorization, in a reversible manner, of two states of shape memory.
  • the transition from one phase state to another takes place in one direction as in the other in a temperature range.
  • the temperature at which the austenitic phase begins to appear when the alloy is heated is called As and the temperature at which the phase formation is completed is called Af (Af> As).
  • Af the temperature at which the phase formation is completed.
  • Ms and Mf the temperatures at the start and end of the martensitic phase transformation are called Ms and Mf respectively (Mf ⁇ Ms).
  • Ms and Mf are significantly lower than Af and As respectively, the temperature intervals [As, Af] and [Ms, Mf] being dependent on the composition of the alloy.
  • Figure 1 is a graph whose abscissa axis represents time and the ordinate axis of temperature. This graph schematically represents the thermal cycles and the configurations of a part P to be conditioned, during the successive operations 01, 02 ... 07 of the process.
  • the first two operations 01 and 02 are carried out at ambient temperature T1, that is to say from 0 ° to 50 ° C. approximately.
  • ambient temperature T1 that is to say from 0 ° to 50 ° C. approximately.
  • the reference temperatures As, Af, Ms, Mf can be higher or lower than room temperature, depending on the metal alloy used. These temperatures can be lower than 0 ° C, or higher than 0 ° C as shown on the graph.
  • the part P is shaped using appropriate configuration means according to a determined configuration.
  • This configuration which constitutes a first state of shape memory corresponds to the configuration of the part at high temperature.
  • the piece thus shaped is then placed in a device in which it can be maintained under mechanical stress ⁇ (tension, compression or other) and / or simply supported, for example by a template, depending on the complexity of its geometry (operation 02). Thanks to this holding and / or support, it overcomes the inherent elasticity problems of the deformed part and the mechanical strength problems of the part during heat treatments. As a result, the part precisely retains its first state of shape memory.
  • mechanical stress ⁇ tension, compression or other
  • / or simply supported for example by a template, depending on the complexity of its geometry
  • the part is then subjected to a rise in temperature to be brought into a state of austenitic crystallographic phase (operation 03).
  • operation 03 heating is carried out at the heart of the part to a temperature T3 comprised in a range extending from approximately 600 ° to 850 ° C depending on the alloy considered.
  • This heating is carried out, for example, in a conventional chamber oven, the latter having been previously heated.
  • the passage time of the part in the oven must be as short as possible, taking into account the shape and size of the part, in order to avoid evaporation of the light metals of the alloy. Indeed, such an evaporation leads to a modification of the composition of the alloy and consequently a significant modification of the thermal (transition points, etc.) and mechanical (elastic limit, etc.) characteristics. which risks modifying the ability to educate the alloy on the one hand, and the temperature range of use of the part on the other hand.
  • the part still maintained and / or supported is subjected to a sudden cooling down to a temperature T4 (operation 04).
  • the lowering of the temperature achieved, for example, by means of quenching, allows the fixation of the austenitic phase.
  • the temperature T4 reached after cooling must be higher than the temperature Af otherwise the education potential of the part is lost, the latter having, in this case, passed through its austenitic-martensitic phase transformation zone without changing the configuration.
  • the temperature T4 to which the part is cooled must be chosen so that any appearance of a parasitic phase, that is to say a phase other than austenite or associated with austenite, is avoided.
  • heat treatment is carried out to stabilize the part (operation 05).
  • This treatment consists in maintaining the part for a few tens of hours at a temperature T5 higher than Af and, for example, equal to the temperature T4 to which the part has been previously cooled.
  • This treatment allows a structural reorganization of the alloy and in particular makes it possible to release the internal stresses and to eliminate the gaps and other punctual defects which could have appeared during the sudden cooling.
  • the room temperature between the two operations 04 and 05 must remain a few tens of degrees above the temperature Af.
  • the part obtained being stabilized in its first state of shape memory can then be subjected to an education process.
  • the part prepared according to the invention (operations 01 to 05) can be educated according to the education process described in patent application EP-A1-161 952.
  • this education process requires, as mentioned above, numerous manipulations of the parts which makes it not very advantageous in the context of mass production.
  • an educational method is advantageously used according to the invention in which the part is first subjected to a sudden lowering of temperature to bring it into a martensitic state, while simultaneously imposing on it a mechanical stress intended to conform it in the second state of shape memory (operation 06). At this time, the play is already educated. Again, by lowering the temperature to bring the part into a martensitic state is meant a lowering to a temperature T6 lower than Mf.
  • an additional 0 à operation is imposed on the latter.
  • This operation consists in subjecting the part mechanically maintained in its second state of shape memory to a series of thermal stresses to bring it alternately from the martensitic state to the austenitic state.
  • the education obtained is all the more effective as the number of thermal stresses is large and / or as the metal alloy used is of good quality.
  • FIGS. 2 and 3 show a helical spring 2 respectively in its first and second shape memory states.
  • the first state of shape memory corresponds to the shape of the spring at high temperature (T> Af) while the second state corresponds to the shape of the spring at low temperature (T ⁇ Mf).
  • the spring 2 has in its form at high temperature turns 4 spaced apart from one another by a pitch X and has in its form at low temperature, its turns 4 spaced apart by a pitch Y where X> Y.
  • pitch X the choice of the shapes of the parts at high and low temperatures is arbitrary and depends essentially on the application of these.
  • the following operation consists in energizing the spring 2 at ambient temperature so that it takes the configuration corresponding to its first state of shape memory.
  • the spring is fixed, for example, by each of its ends to a support device 6.
  • This support can be constituted by a gutter, the edges 8 of the walls of the latter being each engaged between two turns of a end of the spring.
  • a support device having a thermal inertia lower than or equal to that of the spring so as not to disturb the effects of subsequent heat treatments.
  • the support has been produced from a stainless steel mesh in order to avoid diffusion of the materials constituting the support on the part to be packaged.
  • the spring 2 placed on the support (that is to say under tension) is subjected to a temperature of approximately 750 ° C. in order to bring the spring in a certain manner into the state of austenitic phase.
  • the spring is introduced, for example, into a conventional chamber oven, the latter having been preheated for two hours at 750 ° C.
  • the spring is then kept in the oven for example between 1 and 60 minutes, this time corresponding in fact to the time necessary to carry out an austenitic transformation at the heart of the spring. Consequently, the heating time depends on the shapes and dimensions of the spring, and for reasons already explained above, the heating time must be as short as possible.
  • the spring retains its configuration during heating, and this even at high temperature, the tension under which it is kept preventing it from sagging despite the state of softening of the material at this temperature.
  • the austenitic phase is fixed (FIG. 7). This fixing is carried out by suddenly cooling the part to a temperature above Af while avoiding the formation of parasitic phases. In the case of the spring, it is cooled to a temperature 20 to 30 ° C higher than the temperature Af of the alloy, that is to say about 90 to 100 ° C.
  • This sudden lowering of the temperature consists in quenching the spring in a thermostatically-controlled bath at about 100 ° C.
  • This bath contains a heat-transfer fluid having characteristics of rapid and homogeneous cooling.
  • cryothermal types of oils are used in this temperature range, for example, a silicone oil of the type sold under the name Rhodorsil manufactured by Rhone Poulenc.
  • quenching can easily be carried out in water at ambient temperature.
  • the spring 2 is subjected to a thermal stabilization treatment (FIG. 8) in order to reorganize the crystal structure of the alloy and to release the internal stresses.
  • This treatment consists in keeping the spring in the bath in which it has been cooled for 10 to 20 hours, the latter having not been removed after the previous step. Since the configuration of the spring in its first shape memory state has been fixed at the same time as the quenching, it is no longer necessary to keep the latter under tension.
  • the essential operation of education is illustrated, this operation consisting in simultaneously subjecting the spring 2, on the one hand, to a mechanical compressive stress C, to conform it in its second state of shape memory and, on the other hand, to a sudden lowering of the temperature, namely, to a temperature lower than Mf.
  • the spring undergoes a so-called martensitic quenching at a temperature between 0 ° and 20 ° C, the spring being pinched, for example, between the edges 10 of a gutter 12 in order to reduce its pitch .
  • the conformation of the spring in its low temperature form is carried out in the temperature range between Af and Mf.
  • the spring while remaining subject to the above mechanical stress, is alternately heated to a temperature above Af, ie 90 ° to 110 ° C, then to sudden cooling to a temperature below Mf, ie from 0 ° to 20 ° C for the alloy in question this being repeated a few tens of times.
  • the support allowing the spring to be held under stress in its second shape memory state, is designed to allow the education of a large number of springs simultaneously. This eliminates the manipulation of the springs inherent in the process of the prior art described above.

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Description

  • L'invention est relative à un procédé de conditionnement de pièces réalisées en alliage métallique susceptible de subir une transformation réversible de l'état de phase cristallographique de type austénitique à un état de phase cristallographique de type martensitique, et concerne notamment le conditionnement de pièces présentant des configurations complexes en vue de la mémorisation réversible par celles-ci de deux états de mémoire de forme.
  • On connaît déjà de la demande de brevet EP-A-161 952 un procédé de conditionnement d'une pièce en un alliage du type mentionné plus haut permettant de conférer à cette dernière un double effet de mémoire de forme réversible.
  • Le procédé peut être décomposé en deux séries d'opérations, à savoir la préparation de la pièce à éduquer et l'éducation de la pièce proprement dite.
  • En effet, avant de mettre en oeuvre le procédé d'éducation il est nécessaire de préparer la pièce, celle-ci étant au départ dans un état de phase cristallographique non défini qui ne permet pas son éducation. Cette préparation comprend essentiellement trois opérations successives au cours desquelles la pièce est d'abord conformée selon une configuration constituant un premier état de mémoire de forme, puis chauffée afin d'être amenée dans un état de phase austénitique et enfin refroidie et stabilisée à une température voisine de la température ambiante.
  • La préparation telle que décrite précédemment présente cependant quelques difficultés lors de sa mise en oeuvre.
  • Il est notamment difficile, selon ce procédé de préparation, de conformer précisément des pièces dans leur premier état de mémoire de forme, la difficulté d'obtention d'une configuration précise étant d'autant plus grande que la géométrie de la pièce est complexe. Cela s'explique par le fait que lorsque la pièce est chauffée afin d'atteindre son état de phase austénitique, elle est portée, pour des raisons de sécurité, à une température légèrement supérieure à la température théorique de début d'apparition de la phase austénitique monophasée. Or à cette température on est proche de la température de fusion de l'alliage, il en résulte que la pièce se trouve dans un état de ramollissement dans lequel elle s'affaisse sous son propre poids et par suite perd sa forme initiale. Ceci constitue un inconvénient important dans de nombreuses applications telles que la préparation de pièces complexes de faibles sections.
  • Par ailleurs, le procédé d'éducation comprend les opérations consistant successivement à déformer la pièce afin de l'amener dans la configuration constituant son second état de mémoire de forme en la soumettant, à température ambiante, à une contrainte mécanique, à soumettre cette pièce sous la contrainte mécanique à un abaissement de la température telle qu'elle est amenée dans un état de phase martensitique, à supprimer la contrainte mécanique, et à chauffer la pièce à une température telle qu'elle est à nouveau amenée dans un état de phase austénitique si bien qu'elle reprend la configuration constituant son premier état de mémoire de forme. Ce cycle peut être répété en une pluralité de fois pour parfaire l'éducation.
  • Le procédé d'éducation décrit n'apporte pas non plus entière satisfaction. En effet, la mise en oeuvre de ce procédé nécessite un grand nombre de manipulations délicates , puisqu'au cours de chaque cycle il faut successivement imposer une contrainte mécanique à la pièce et supprimer cette contrainte mécanique. Ainsi l'éducation d'une série de pièces est consommatrice de temps et par conséquent coûteuse.
  • Il est également connu de la demande de brevet EP-A-0 035 069 une méthode d'amélioration du double effet de mémoire de forme réversible pour des alliages Cu/Al ou Cu/Al/Ni consistant en un traitement de stabilisation de 0,1 à 10 heures à 200-350°C avant le procédé d'éducation.
  • L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de conditionnement d'une pièce en alliage métallique susceptible de subir une transformation réversible de l'état de phase cristallographique martensitique pour la mémorisation réversible de deux états de mémoire de forme comprenant les opérations consistant à
    • conformer à la température ambiante, la pièce à la forme constituant le premier état de mémoire de forme,
    • chauffer la pièce pour l'amener dans un premier état de phase cristallographique austénitique,
    • soumettre la pièce à un premier abaissement brusque de la température et à un traitement de stabilisation tout en conservant l'état de phase cristallographique austénitique,
    • soumettre la pièce à un deuxième abaissement brusque de la température pour l'amener dans un état de phase cristallographique martensitique en lui imposant simultanément une contrainte mécanique destinée à conformer la pièce dans le second état de mémoire de forme, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à imposer à la pièce mécaniquement maintenue dans son second état de mémoire de forme une série de contraintes thermiques pour amener alternativement la pièce d'un état de phase cristallographique martensitique à un état de phase cristallographique austénitique.
  • On évite ainsi les différentes manipulations de mise sous contraintes mécaniques de la pièce à chaque cycle d'éducation du procédé connu décrit plus haut, si bien que l'éducation est simplifiée et facilitée.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui suit d'une manière possible, mais non limitative, de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • Cette description sera faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 montre un graphique représentant les traitements thermiques que subit une pièce en fonction du temps, au cours de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
    • les figures 2 et 3 montrent respectivement les configurations à haute température et à basse température d'un ressort réalisé selon le procédé de l'invention, et
    • les figures 4 à 10 montrent les différentes configurations du ressort aux différentes étapes du procédé de conditionnement selon l'invention.
  • Le procédé de conditionnement selon l'invention permet la préparation et l'éducation de pièces en alliage métallique à mémoire de forme en vue de ta mémorisation par ces dernières, de façon réversible, de deux états de mémoire de forme.
  • Ces pièces sont réalisées de façon connue en alliage métallique du type ayant la propriété de pouvoir subir une transformation réversible de leur état de phase cristallographique austénitique (haute température) à l'état de phase cristallographique martensitique (basse température).
  • Avec de tels alliages, la transition d'un état de phase à l'autre s'effectue dans un sens comme dans l'autre dans un intervalle de température. La température à laquelle la phase austénitique commence à apparaître lors du chauffage de l'alliage est appelée As et la température à laquelle la formation de la phase est achevée est appelée Af (Af > As). De façon similaire, lors du refroidissement de l'alliage les températures de début et de fin de transformation de phase martensitique sont appelés Ms et Mf respectivement (Mf < Ms).
  • D'une manière générale, il est à noter que Ms et Mf sont sensiblement inférieures à Af et As respectivement, les intervalles de températures [As, Af] et [Ms, Mf] étant dépendants de la composition de l'alliage.
  • On va maintenant décrire en liaison avec la figure 1 le procédé de conditionnement d'une pièce P selon l'invention.
  • La figure 1 est un graphe dont l'axe des abscisses représente le temps et l'axe des ordonnées de la température. Ce graphe représente schématiquement les cycles thermiques et les configurations d'une pièce P à conditionner, pendant les opérations successives 0₁, 0₂ ... 0₇ du procédé.
  • Les deux premières opérations 0₁ et 0₂ sont réalisées à température ambiante T₁, c'est-à-dire de 0° à 50° C environ. Il est à noter que les températures de références As, Af, Ms, Mf peuvent être supérieures ou inférieures à la température ambiante, selon l'alliage métallique utilisé. Ces températures peuvent être inférieures à 0° C, ou supérieure à 0° C comme on l'a représenté sur le graphe.
  • Au cours de l'opération 0₁, la pièce P est conformée à l'aide de moyens de configuration appropriés selon une configuration déterminée. Cette configuration qui constitue un premier état de mémoire de forme correspond à la configuration de la pièce à haute température.
  • Notamment dans le cas où la configuration initiale de la pièce et le premier état de mémoire de forme sont très éloignés, il peut être avantageux de procéder à la configuration de la pièce en plusieurs étapes successives, chacune utilisant un moyen de configuration particulier pour passer progressivement de la configuration initiale au premier état de forme.
  • La pièce ainsi conformée est ensuite mise en place dans un dispositif dans lequel elle peut être maintenue sous une contrainte mécanique σ (tension, compression ou autre) et/ou simplement soutenue, par exemple par un gabarit, selon la complexité de sa géométrie (opération 0₂). Grâce à ce maintien et/ou soutien, on s'affranchit des problèmes d'élasticité propre de la pièce déformée et des problèmes de tenue mécanique de la pièce lors des traitements thermiques. Il en résulte que la pièce conserve précisément son premier état de mémoire de forme.
  • La pièce est alors soumise à une élévation de température pour être amenée dans un état de phase cristallographique austénitique (opération 0₃). Lors de cette opération, on réalise un chauffage à coeur de la pièce à une température T₃ comprise dans une gamme s'étendant d'environ de 600° à 850° C selon l'alliage considéré. Ce chauffage est réalisé, par exemple, dans un four à chambre classique, ce dernier ayant été préalablement chauffé.
  • Il est à noter, à ce propos, que le temps de passage de la pièce dans le four doit être le plus court possible, compte tenu de la forme et de la dimension de la pièce, afin d'éviter une évaporation des métaux légers de l'alliage. En effet, une telle évaporation entraîne une modification de la composition de l'alliage et par conséquent une modification sensible des caractéristiques thermiques (points de transition, etc) et mécaniques (limite d'élasticité, etc) qui risque de modifier l'aptitude à l'éducation de l'alliage d'une part, et la plage de températures d'utilisation de la pièce d'autre part.
  • Consécutivement à ce chauffage, la pièce toujours maintenue et/ou soutenue est soumise à un brusque refroidissement jusqu'à une température T₄ (opération 0₄). L'abaissement de la température réalisé, par exemple, au moyen d'une trempe, permet la fixation de la phase austénitique. Dans tous les cas, la température T₄ atteinte après le refroidissement doit être supérieure à la température Af sans quoi la potentialité d'éducation de la pièce est perdue, cette dernière ayant, dans ce cas, traversé sa zone de transformation de phase austénitique-martensitique sans changement de configuration. Par ailleurs, la température T₄ à laquelle la pièce est refroidie doit être choisie de sorte que toute apparition d'une phase parasite, c'est-à-dire une phase autre que l'austénite ou associée à l'austénite, soit évitée.
  • Une fois la phase austénitique fixée, on procéde à un traitement thermique de stabilisation de la pièce (opération 0₅). Ce traitement consiste à maintenir la pièce pendant quelques dizaines d'heures à une température T₅ supérieure à Af et, par exemple, égale à la température T₄ à laquelle la pièce a été précédemment refroidie. Ce traitement permet une réorganisation structurelle de l'alliage et permet notamment de libérer les contraintes internes et d'éliminer les lacunes et autres défauts ponctuels qui auraient pu apparaître lors du refroidissement brusque.
  • On notera également que pendant cette stabilisation le maintien et/ou soutien peut être supprimé, puisque la pièce est déjà fixée dans son premier état de mémoire de forme.
  • Il est à noter de manière impérative que pour conserver la possibilité d'éduquer la pièce, la température de la pièce entre les deux opérations 0₄ et 0₅ doit rester quelques dizaines de degré au dessus de la température Af.
  • La pièce obtenue étant stabilisée dans son premier état de mémoire de forme, peut être alors soumise à un procédé d'éducation.
  • La pièce préparée selon l'invention (opérations 0₁ à 0₅) peut être éduquée selon le procédé d'éducation décrit dans la demande de brevet EP-A1-161 952. Cependant, ce procédé d'éducation nécessite, commme on l'a mentionné plus haut, de nombreuses manipulations des pièces ce qui le rend peu avantageux dans le cadre d'une production en série.
  • Pour éviter ces inconvénients, on utilise avantageusement selon l'invention un procédé d'éducation dans lequel la pièce est d'abord soumise à un brusque abaissement de température pour l'amener dans un état martensitique, tout en lui imposant simultanément une contrainte mécanique destinée à la conformer dans le second état de mémoire de forme (opération 0₆). A ce moment, la pièce est déjà éduquée. Là encore, on entend par abaissement de température pour amener la pièce dans un état martensitique un abaissement à une température T₆ inférieure à Mf.
  • Pour parfaire l'éducation de la pièce selon l'invention, on impose à cette dernière une opération supplémentaire 0₇. Cette opération consiste à soumettre la pièce maintenue mécaniquement dans son second état de mémoire de forme à une série de contraintes thermiques pour l'amener alternativement de l'état martensitique à l'état austénitique. L'éducation obtenue est d'autant plus efficace que le nombre de contraintes thermiques est grand et/ou que l'alliage métallique utilisé est de bonne qualité.
  • On va maintenant décrire successivement les différentes opérations du procédé de conditionnement selon l'invention en l'appliquant au conditionnement d'un ressort hélicoïdal en vue de la mémorisation par ce dernier de deux positions de mémoire de forme en liaison avec les figures 2 à 10.
  • Sur les figures 2 et 3, on a représenté un ressort hélicoïdal 2 respectivement dans ses premier et second états de mémoire de forme.
  • Le premier état de mémoire de forme correspond à la forme du ressort à haute température (T > Af) tandis que le second état correspond à la forme du ressort à basse température (T < Mf).
  • Dans l'exemple décrit, le ressort 2 a dans sa forme à haute température des spires 4 écartées les unes des autres d'un pas X et a dans sa forme à basse température, ses spires 4 écartées d'un pas Y où X > Y. Bien entendu, le choix des formes des pièces à haute et à basse températures est arbitraire et dépend essentiellement de l'application de celles-ci.
  • L'alliage utilisé pour réaliser le ressort est, de manière non limitative, un alliage métallique à mémoire de forme comprenant approximativement 75 % de cuivre, 18 % de zinc et 7 % d'aluminium et dont les températures de transition de phase sont sensiblement les suivantes : As = 43° C, Af = 68° C, Ms = 56° C et Mf = 41° C.
  • Bien entendu, les nuances de l'alliage peuvent varier selon que l'on désire obtenir un ressort ayant des températures de transition de phases plus au moins élevées. On notera également que le procédé qui va être décrit maintenant plus précisément est valable pour d'autres alliages à mémoire de formes tels que les alliages Ti + Ni, Ti + Ni + X, Cu + Al + X, Fe + X ; etc... X appartenant à l'ensemble des dopants métalliques.
  • En se référant plus particulièrement aux figures 4 à 8, on voit le ressort 2 aux différentes opérations successives constituant la préparation avant son éducation proprement dite.
  • A la figure 4, on voit le ressort à température ambiante avant sa préparation. Ce ressort à été mis en forme par roulage, ou tout autre moyen équivalent, à partir d'un fil en alliage à mémoire de forme du type défini précédemment.
  • L'opération suivante, représentée à la figure 5, consiste à une mise sous tension F du ressort 2 à la température ambiante de sorte qu'il prend la configuration correspondant à son premier état de mémoire de forme. Pour ce faire, on fixe, par exemple, le ressort par chacune de ses extrémités à un dispositif de support 6. Ce support peut être constitué par une gouttière, les bords 8 des parois de cette dernière étant chacun engagés entre deux spires d'une extrémité du ressort. On choisit de préférence un dispositif de support présentant une inertie thermique plus faible ou égale à celle du ressort pour ne pas perturber les effets des traitements thermiques ultérieurs. Dans le présent exemple, le support a été réalisé à partir d'un grillage en acier inoxydable afin d'éviter une diffusion des matériaux constitutifs du support sur la pièce à conditionner.
  • On notera que de manière avantageuse, l'utilisation d'un support tel qu'une gouttière permet la mise sous tension d'un grand nombre de pièces simultanément.
  • A l'opération illustrée à la figure 6 le ressort 2 mis en place sur le support (c'est-à-dire sous tension) est soumis à une température d'environ 750° C afin d'amener le ressort de façon certaine dans l'état de phase austénitique.
  • Pour ce faire, le ressort est introduit, par exemple, dans un four à chambre classique, ce dernier ayant été préchauffé pendant deux heures à 750° C. Le ressort est alors maintenu dans le four par exemple entre 1 et 60 minutes, ce temps correspondant en fait au temps nécessaire pour effectuer une transformation austénitique à coeur du ressort. Par conséquent, le temps de chauffage dépend des formes et dimensions du ressort, et pour des raisons déjà explicitées plus haut, le temps de chauffage doit être le plus court possible.
  • Selon le procédé de l'invention, on remarque de façon avantageuse que le ressort conserve sa configuration au cours du chauffage, et cela même à température élevée, la tension sous laquelle il est maintenu l'empêchant de s'affaisser malgré l'état de ramollissement de la matière à cette température.
  • Suite à cette opération, on procède à une fixation de la phase austénitique (figure 7). Cette fixation est réalisée en refroidissant brusquement la pièce à une température supérieure à Af tout en évitant la formation de phases parasites. Dans le cas du ressort, on refroidit à une température supérieure de 20 à 30° C à la température Af de l'alliage, soit à environ 90 à 100° C.
  • Ce brusque abaissement de la température consiste en une trempe du ressort dans un bain thermostaté à environ 100° C. Ce bain contient un fluide caloporteur ayant des caractéristiques de refroidissement rapide et homogène. De préférence, on utilise dans cette gamme de température des huiles de types cryothermales, par exemple, une huile de silicone de type vendue sous la dénomination Rhodorsil manufacturée par Rhone Poulenc.
  • Dans le cas où l'on utilise des alliages métalliques à mémoire de forme présentant des températures de transition inférieures à 0° C, la trempe pourra aisément être réalisée dans de l'eau à température ambiante.
  • L'opération sus-décrite terminée, il convient alors de supprimer les défauts ponctuels et les contraintes internes inhérentes au brusque refroidissement.
  • Pour ce faire, on soumet le ressort 2 à un traitement thermique de stabilisation (figure 8) afin de réorganiser la structure cristalline de l'alliage et de libérer les contraintes internes. Ce traitement consiste à maintenir pendant 10 à 20 heures le ressort dans le bain dans lequel il a été refroidi, ce dernier n'en ayant pas été retiré après l 'étape précédente. Puisque la configuration du ressort dans son premier état de mémoire de forme à été fixé en même temps que la trempe, il n'est alors plus nécessaire de maintenir ce dernier sous tension.
  • La préparation de la pièce étant terminée, on procède comme cela est illustré aux figures 9 et 10 à l'éducation du ressort.
  • A la figure 9, est illustrée l'opération essentielle de l'éducation, cette opération consistant à soumettre simultanément le ressort 2, d'une part, à une contrainte mécanique de compression C, pour le conformer dans son second état de mémoire de forme et, d'autre part, à un brusque abaissement de la température, à savoir, à une température inférieure à Mf. Dans le cas de l'alliage choisi, le ressort subit une trempe dite martensitique à une température comprise entre 0° et 20° C, le ressort étant pincé, par exemple, entre les bords 10 d'une gouttière 12 afin de diminuer son pas. De préférence, la conformation du ressort dans sa forme basse température est réalisée dans l'intervalle de température compris entre Af et Mf.
  • Enfin, le ressort tout en restant soumis à la contrainte mécanique susdite, est alternativement chauffé à une température supérieure à Af soit 90°à 110° C puis à un brusque refroidissement à une température inférieure à Mf soit de 0° à 20° C pour l 'alliage en question ceci étant répété quelques dizaines de fois.
  • De manière avantageuse, le support, permettant le maintien sous contrainte du ressort dans son second état de mémoire de forme, est conçu pour permettre l'éducation d'un grand nombre de ressorts simultanément. Ainsi on supprime les manipulations des ressorts inhérentes au procédé de l'art antérieur décrit plus haut.

Claims (5)

  1. Procédé de conditionnement d'une pièce en alliage métallique susceptible de subir une transformation réversible de l'état de phase cristallographique martensitique pour la mémorisation rêversible de deux états de mémoire de forme comprenant les opérations consistant à
    - conformer, à la température ambiante, la pièce à la forme constituant le premier état de mémoire de forme,
    - chauffer la pièce pour l'amener dans un premier état de phase cristallographique austénitique,
    - soumettre la pièce à un premier abaissement brusque de la température et à un traitement de stabilisation tout en conservant l'état de phase cristallographique austénitique,
    - soumettre la pièce à un deuxième abaissement brusque de la température pour l'amener dans un état de phase cristallographique martensitique en lui imposant simultanément une contrainte mécanique destinée à conformer la pièce dans le second état de mémoire de forme, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à imposer à la pièce mécaniquement maintenue dans son second état de mémoire de forme une série de contraintes thermiques pour amener alternativement la pièce d'un état de phase cristallographique martensitique à un état de phase cristallographique austénitique.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de conformation de la pièce à la température ambiante comprend plusieurs étapes successives pour passer progressivement d'une configuration initiale de la pièce au premier état de mémoire de forme.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de l'opération pendant laquelle la pièce mécaniquement maintenue est soumise à un brusque abaissement de la température et à un traitement thermique de stabilisation, la pièce est soumise brusquement à une température sensiblement supérieure à la température (Ms) de début de formation de la phase martensitique pour fixer la phase austénitique et est maintenue à cette température pendant 10 à 20 heures.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le procédé d'éducation la contrainte mécanique destinée à conformer la pièce dans le second état de mémoire de forme est imposée à la pièce entre les températures de début et de fin de la phase martensitique.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'opération pendant laquelle la pièce est soumise à un traitement thermique pour l'amener dans un état de phase cristallographique austénitique, la pièce est amenée à une température voisine de 800° C et est maintenue à cette température entre 1 et 60 mn.
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