EP0430754B1 - Alliage inoxydable à mémoire de forme et procédé d'élaboration d'un tel alliage - Google Patents

Alliage inoxydable à mémoire de forme et procédé d'élaboration d'un tel alliage Download PDF

Info

Publication number
EP0430754B1
EP0430754B1 EP90403251A EP90403251A EP0430754B1 EP 0430754 B1 EP0430754 B1 EP 0430754B1 EP 90403251 A EP90403251 A EP 90403251A EP 90403251 A EP90403251 A EP 90403251A EP 0430754 B1 EP0430754 B1 EP 0430754B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
alloy
shape memory
weight
minutes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP90403251A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0430754A1 (fr
Inventor
Marc Mantel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ugine SA
Original Assignee
Ugine SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ugine SA filed Critical Ugine SA
Priority to AT90403251T priority Critical patent/ATE101878T1/de
Publication of EP0430754A1 publication Critical patent/EP0430754A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0430754B1 publication Critical patent/EP0430754B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the present invention relates to a stainless iron-based alloy having a so-called shape memory effect consisting, after a mechanical deformation determined when cold, in recovering the initial shape by heating, said shape memory alloy being produced for the production products such as sheets, wires, profiles used in particular in industrial applications such as tube fittings, sleeves, clamping rings and collars.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of such an alloy.
  • Shape memory metal alloys have been known for many years and have long been considered solely as laboratory products, their cost of development not making it possible to envisage industrial development.
  • the shape memory effect is a phenomenon linked to the modification, in the alloy, of an initial austenitic phase ⁇ into a martensitic phase ⁇ , modification generated in a temperature interval determined by a determined mechanical deformation.
  • the temperature range in which the phase ⁇ can be created is limited to a temperature interval [M s , M f ] in which M s is the temperature at the start of the transformation martensitic and M f the temperature at the end of the martensitic transformation, the temperature range generally being between + 100 ° C and - 50 ° C.
  • the mechanical deformation can be partially or totally erased, after heating of the deformed alloy, to a temperature comprised in a temperature range in which the martensite phase ⁇ becomes again an austenitic phase ⁇ , temperature range limited to an interval [A s , A f ] in which A s is the temperature at the start of the martensite reversion and A f is the temperature at the end of the martensite reversion, temperature range between 50 ° C and 300 ° C.
  • the shape memory effect is obtained by promoting the formation of martensite ⁇ during mechanical deformations.
  • An intrinsic stacking fault in the face centered cubic structure of the ⁇ phase is considered to generate a hexagonal phase or ⁇ phase, the transition from a ⁇ phase to a ⁇ phase being obtained by the movement of a partial Schockley dislocation. both of them crystalline planes.
  • phase ⁇ generating the shape memory effect can only be induced with manganese contents greater than 20% and only beyond a content in manganese of 40%, a phase other than the ⁇ phase predominates with a loss of the memory effect, and, on the other hand, that silicon promotes the creation of the ⁇ phase, the values of the silicon contents greater than 8% resulting in difficulties in developing the alloy and a loss of the machinability qualities of said alloy.
  • chromium which improves the obtaining of the ⁇ phase also creates intermellic compounds with low melting point, which causes with contents greater than 10% a great difficulty in developing the 'alloy.
  • the chromium contents remain below 5%.
  • the quoted value range of the manganese contents is from 20 to 40%, it is noted that the average value of the manganese contents of the alloys studied and grouped in a table representing examples of composition, is of the order of 30 %. In addition, contrary to the teaching disclosed, it is also possible to obtain a phase ⁇ in an iron-based alloy when the manganese content is less than 20% by weight.
  • the alloy described in Japanese patent application No. 60.249957 is not a stainless alloy, and the arguments stated with regard to the contents given show that it is not possible to obtain a stainless alloy with such a composition .
  • Such an alloy contains a large proportion of nickel and cobalt which are strategic materials, the fluctuating prices of which dominate the costs of developing this alloy.
  • nickel when added in a content greater than 5% by weight, increases the stacking fault energy, while elements such as manganese in a proportion less than 14.8% and silicon reduce this energy, on the other hand, nitrogen is introduced only as an additional alloying element, in a proportion corresponding to an order of magnitude of residual impurity.
  • Another shape memory alloy is described in Japanese patent application No. 63.216946.
  • one, which may be stainless contains chromium, silicon, 27.4% of manganese, and gives the alloy a recovery rate of 60%.
  • the range of chromium contents is determined to protect the alloy against corrosion, ie to make it stainless, and manganese is the main element favoring the creation of the martensitic phase ⁇ .
  • silicon reduces the energy of stacking fault in the austenitic phase ⁇ .
  • silicon in the presence of chromium improves the corrosion resistance of the alloy when its content is greater than or equal to 3%.
  • Nitrogen which it has been noted that the solubility limit in the alloy is about 0.3%, greatly increases the elastic limit of the alloy and thus promotes the appearance of the ⁇ phase.
  • the high solubility of nitrogen in the alloy is linked to the presence in said alloy of a relatively high manganese content.
  • Nitrogen also has the advantage of delaying the precipitation of intermetallic compounds such as the ⁇ phase, and of allowing the addition of chromium in sufficient content to give the alloy good resistance to corrosion.
  • nickel substituted for manganese in proportions of less than 5%, does not increase the stacking fault energy and improves the ductility of the alloy.
  • Nitrogen and nickel limit the creation of the weakening ⁇ phase and consequently reduce the brittleness of the alloy, while retaining its shape memory properties.
  • the invention contrary to the teaching given in Japanese patent application No. 60.249957, allows an alloy to be obtained whose chromium content is greater than 6%, the chromium content between 9 and 13% giving to the alloy a stainless character.
  • the alloy according to the invention is a stainless iron-based alloy, called shape memory.
  • This alloy has a shape memory effect, that is to say that after mechanical deformation at room temperature, the alloy fully or partially recovers its initial shape after heating to a temperature within a determined temperature range, favoring the formation of the austenitic phase ⁇ , with a face-centered cubic crystal structure.
  • the ingots are subjected, according to the method of the invention, to forging at 1200 ° C. into dishes of 15mm x 100mm x length.
  • the dishes are then ground to a thickness of 14mm to eliminate surface defects.
  • the plates are subjected after forging, to a hot rolling at 1100 ° C in four stages so as to obtain sheets 1.5 mm thick, then to an annealing at 1000 ° C for 20 minutes and finally to one or several cold rolling, respectively followed by annealing at 1000 ° C for 20 minutes.
  • the alloy according to the invention does not contain phase ⁇ .
  • Phase ⁇ is generated in the alloy by mechanical deformation of it at room temperature.
  • the ambient temperature is included in the temperature range in which the phase ⁇ can be created.
  • FIG. 1 represents a reversion curve for phase ⁇ .
  • the reversion of the phase ⁇ is carried out in the interval [A s , A f ] in which A s is the temperature of the beginning of the martensite reversion and A f is the temperature of the end of the martensite reversion.
  • This interval is little different from 100 ° C with A s very little different from 100 ° C and A f very little different from 200 ° C.
  • M s On cooling, the temperature at the start of the martensitic transformation, M s is very little different from 90 ° C, and the temperature at the end of the martensitic transformation M f is below ambient temperature. After a few cycles, M s decreases (M s very little different from 50 ° C).
  • test specimens produced for highlighting deformations due to the shape memory effect have the following dimensions: 1.5mm x 8mm x 95mm
  • a deformation in bending by bending on a cylinder or in tension is carried out on each test piece, and the test piece after deformation is placed in ovens whose temperature varies from 50 ° C to 50 ° C between room temperature and 500 ° C .
  • the deformation is calculated after returning to room temperature, and it is found that the recovery of the shape takes place between 50 and 250 ° C.
  • test piece is subjected to a series of deformation-rise cycles in temperature.
  • the test piece is deformed at room temperature with a constant deformation temperature, then heated to 1000 ° C and cooled in air.
  • FIG. 2 represents a curve of the rates of deformation and shape recovery over several successive cycles (R) and a curve of the rates of deformation and shape recovery accumulated over several cycles (RC).
  • the two recovery rates are close to 70%.
  • the form recovery rate remains constant and equal to approximately 95%, while the cumulative form recovery rate decreases.
  • the recovery rate of the test piece being 94%, we can consider that the memory effect is total.
  • the recovery rate of 94% is obtained with initial deformation rates of between 0.7% and 3.6%, and the recovery of the initial shape takes place essentially between room temperature and 300 ° C.
  • the ingots 10, 11 and 12 are given as an indication and show that the memory effect is improved when the point M s is located just below ambient temperature.
  • the limit value of the manganese content ie 25% by weight in the weight composition is defined by the fact that above this value, with at least 9% chromium and / or nickel, it is difficult to obtain a shape memory effect, large enough to be industrially exploitable.
  • the ingot 13 also given as an indication shows that an improvement in the effect of memory is obtained by adding silicon. This effect is materialized as well on the recovery rate, after three cycles of form recovery (R), as after a recovery of form accumulated over ten cycles (RC).
  • Ingots 3 and 4 show that nickel can be added in small quantities, 2 and 4% to improve the ductility of the alloy without degrading the properties of the memory effect.
  • Ingot 5 shows the positive effect of nitrogen on shape recovery in the case of a shape recovery cycle (96%) and in the case of several cumulative shape recovery cycles (45%).
  • the production process according to the invention makes it possible to obtain a malleable alloy which has a total shape memory effect for a deformation of approximately 3% per cycle, as indicated in the column Def. of Table II and which can be used industrially.
  • the shape memory alloy thus produced can be produced for the production of products such as sheets, wires or profiles used in particular in industrial applications such as tube fittings, sleeves, clamping rings or collars .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un alliage inoxydable à base de fer présentant un effet dit de mémoire de forme consistant, après une déformation mécanique déterminée à froid, en une récupération de la forme initiale par échauffement, ledit alliage à mémoire de forme étant élaboré pour la réalisation de produits tels que des tôles, des fils, des profilés utilisés notamment dans des applications industrielles telles que des raccords de tube, des manchons, des bagues de serrage et des colliers.
  • La présente invention a également pour objet un procédé d'élaboration d'un tel alliage.
  • Les alliages métalliques à mémoire de forme sont connus depuis de nombreuses années et ont été longtemps considérés uniquement comme des produits de laboratoire, leur coût d'élaboration ne permettant pas d'envisager un développement industriel.
  • Ces dernières années, les alliages à base de fer, oxydables, présentant un effet de mémoire de forme et susceptibles d'application industrielle ont été mis au point.
  • Afin d'éviter le problème d'oxydation de tels alliages, des recherches se sont orientées vers l'obtention d'alliages à mémoire de forme, à base de fer, inoxydables.
  • On sait que l'effet de mémoire de forme est un phénomène lié à la modification, dans l'alliage, d'une phase initiale austénitique γ en une phase martensitique ε, modification générée dans un intervalle de température déterminée par une déformation mécanique déterminée. Le domaine de température dans lequel la phase ε peut être créée est limitée à un intervalle de température [Ms, Mf] dans lequel Ms est la température de début de la transformation martensitique et Mf la température de la fin de la transformation martensitique, l'intervalle de température étant généralement compris entre +100°C et - 50°C.
  • La déformation mécanique peut être partiellement ou totalement effacée, après un chauffage de l'alliage déformé, à une température comprise dans un domaine de température dans lequel la phase martensite ε redevient une phase austénitique γ, domaine de température limité à un intervalle [As, Af] dans lequel As est la température du début de la réversion de la martensite et Af est la température de la fin de la réversion de la martensite, intervalle de température compris entre 50°C et 300°C.
  • L'effet de mémoire de forme est obtenu en favorisant la formation de la martensite ε lors de déformations mécaniques.
  • Pour cela, il est nécessaire de réduire l'énergie de faute d'empilement dans une phase austénitique γ contenue dans l'alliage avant la déformation mécanique.
  • La nécessité de réduire l'énergie de faute d'empilement est liée aux structures cristallographiques des phases ε et γ. Une faute d'empilement intrinsèque dans la structure cubique face centrée de la phase γ est considérée comme générant une phase hexagonale ou phase ε, le passage d'une phase γ en une phase ε étant obtenu par le mouvement d'une dislocation partielle de Schockley tous les deux plans cristallins.
  • Un exemple d'alliage à mémoire de forme est donné, en sa composition, par la demande de brevet japonais n° 60.249957 le EP-A-176 272.
  • L'alliage est composé de :
    • 20 à 40% de manganèse,
    • 3,5 à 8% de silicium,
    • un ou plusieurs composants tels que du chrome, du nickel, du cobalt, dans une teneur inférieure à 10%,
    • moins de 2% de molybdène,
    • et moins de 1% de carbone, d'aluminium et de cuivre.
  • Il est précisé dans cette demande de brevet, d'une part, que la phase ε générant l'effet de mémoire de forme ne peut être induite qu'avec des teneurs en manganèse supérieures à 20% et qu'au delà d'une teneur en manganèse de 40%, une phase autre que la phase ε prédomine avec une perte de l'effet de mémoire, et, d'autre part, que le silicium favorise la création de la phase ε, les valeurs des teneurs en silicium supérieures à 8% entraînant des difficultés d'élaboration de l'alliage et une perte des qualités d'usinabilité dudit alliage.
  • Il est également indiqué dans cette demande, que le chrome, qui améliore l'obtention de la phase ε crée aussi des composés intermélliques à faible point de fusion, ce qui entraîne avec des teneurs supérieures à 10% une grande difficulté d'élaboration de l'alliage. Dans la composition de l'alliage décrit, les teneurs en chrome restent inférieures à 5%.
  • Bien que l'intervalle de valeur cité des teneurs en manganèse soit de 20 à 40%, on remarque que la valeur moyenne des teneurs en manganèse des alliages étudiées et regroupées dans un tableau représentant des exemples de composition, est de l'ordre de 30%. De plus, contrairement à l'enseignement divulgué, il est également possible d'obtenir une phase ε dans un alliage à base de fer lorsque la teneur en manganese est inferieure à 20% en poids.
  • L'alliage décrit dans la demande de brevet japonais n° 60.249957, n'est pas un alliage inoxydable, et les arguments énoncés au regard des teneurs données montrent qu'il n'est pas envisageable d'obtenir un alliage inoxydable avec une telle composition.
  • On connait également un alliage inoxydable à mémoire de forme commercialisé par la société NKK Corporation, decrit dans la demande de brevet EP-A-336 157 et dont la composition est la suivante :
    • 0.1 à 5% de chrome.
    • 1 à 14.8% de manganèse
    • 2 à 8% de silicium.
    • 0.001 à 0.4% d'azote

    au moins un des trois composés suivants :
    • 0,1 à 20% de nickel,
    • 0,1 à 30% de cobalt,
    • 0,1 à 3% de cuivre,

       Les éléments autres que le chrome étant ajustés pour obtenir l'effet de mémoire de forme par reversion de la phase martensite dans un intervalle défini de temperatures compris entre 150°C et 300°C.
  • Un tel alliage contient une grande proportion de nickel et de cobalt qui sont des matériaux stratégiques, dont les prix, fluctuant, dominent les coûts d'élaboration de cet alliage.
  • De plus, le nickel lorsqu'il est ajouté en teneur supérieure à 5% en poids, augmente l'énergie de faute d'empilement, alors que les éléments tels que le manganese dans une proportion inférieure à 14,8% et le silicium réduisent cette énergie, d'autre part l'azote n'est introduit qu'en élément d'alliage additionnel, dans une proportion correspondant à un ordre de grandeur d'impureté résiduelle.
  • Un autre alliage à mémoire de forme est décrit dans la demande de brevet japonais n° 63.216946. Dans l'ensemble des compositions décrites, une, pouvant être inoxydable, contient du chrome, du silicium, 27,4% de manganèse, et confère à l'alliage un taux de récupération de 60%.
  • L'invention a pour objet un alliage inoxydable à base de fer présentant un effet dit de mémoire de forme total consistant, après une déformation mécanique déterminée à froid, en une récupération de la forme initiale par échauffement, caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante :
    • 9 à 13% de chrome,
    • 15 à 25% de manganèse,
    • 3 à 6 % de silicium,
    • le reste étant du fer et des impuretés résiduelles résultant de la fusion des matières nécessaires à l'élaboration, les proportions des éléments devant satisfaire à la relation : 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≦ 17.
      Figure imgb0001
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • l'alliage contient en plus, dans sa composition pondérale, une teneur en azote comprise entre 0 et 0,3% en poids, les proportions des éléments devant satisfaire à la relation : 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≦ 19,5 ≦ 0,66(%Mn) + 29(%N).
      Figure imgb0002
    • l'alliage contient en plus, dans sa composition pondérale, une teneur en élément nickel comprise entre 0 et 5% en poids, les proportions des éléments devront satisfaire à la relation : 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≦ 19,5 ≦ 0,66(%Mn)+29(%N)+2,1(%Ni).
      Figure imgb0003
  • L'intervalle des teneurs en chrome est déterminé pour protéger l'alliage contre la corrosion, c'est à dire le rendre inoxydable, et le manganèse est l'élément principal favorisant la création de la phase martensitique ε.
  • Les inégalités se justifient par le fait qu'il faut limiter la teneur en éléments alphagènes (Cr, Si) pour éviter l'apparition d'une phase fragilisante et d'autre part la teneur en éléments gamagènes doit être suffisante pour conférer à l'alliage une structure totalement austénitique à la température d'utilisation.
  • D'autre part, le silicium réduit l'énergie de faute d'empilement dans la phase austénitique γ. De plus, le silicium en présence de chrome améliore la résistance à la corrosion de l'alliage lorsque sa teneur est supérieure ou égale à 3%.
  • L'azote, dont il a été remarqué que la limite de solubilité dans l'alliage est d'environ 0,3%, augmente fortement la limite élastique de l'alliage et favorise ainsi l'apparition de la phase ε. La grande solubilité de l'azote dans l'alliage est liée à la présence dans ledit alliage d'une teneur relativement élevée en manganèse.
  • L'azote présente aussi l'intérêt de retarder la précipitation de composés intermétalliques telle que la phase σ, et de permettre l'ajout de chrome en teneur suffisante pour conférer à l'alliage une bonne résistance à la corrosion.
  • Enfin, le nickel, substitué au manganèse dans des proportions inférieures à 5%, n'augmente pas l'énergie de faute d'empilement et améliore la ductilité de l'alliage.
  • L'azote et le nickel limitent la création de la phase σ fragilisante et réduisent de façon conséquente la fragilité de l'alliage, tout en lui conservant ses propriétés de mémoire de forme.
  • L'invention, contrairement à l'enseignement donné dans la demande de brevet japonais n° 60.249957, permet l'obtention d'un alliage dont la teneur en chrome est supérieure à 6%, la teneur en chrome comprise entre 9 et 13% conférant à l'alliage un caractère inoxydable.
  • La présente invention a également pour objet un procédé d'élaboration d'un tel alliage inoxydable à base de fer présentant un effet de mémoire de forme, à partir de lingots élaborés par coulée, caractérisé en ce que l'on soumet lesdits lingots à différentes étapes de transformation physique et mécanique comprenant :
    • un forgeage en plats à une température comprise entre 1150 et 1250°C,
    • une rectification pour l'élimination des défauts de surface,
    • au moins un laminage à chaud à une température comprise entre 1000 et 1200°C avec un taux de réduction supérieur à 70%,
    • au moins un recuit à une température supérieure à 900°C pendant un temps compris entre 1 et 30 minutes, après chaque laminage à chaud,
    • au moins un laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 50%,
    • et au moins un recuit à une température comprise entre 900 et 1100°C pendant un temps compris entre 1 et 30 minutes.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • le laminage à chaud est effectué à une température égale à 1100°C,
    • le recuit, après chaque laminage à chaud est effectué à une température égale à 1000°C pendant 20 minutes,
    • le recuit après chaque laminage à froid, est effectué à une température égale à 1000°C pendant 20 minutes.
  • L'invention est décrite ci-après au moyen d'essais et en regard des dessins annéxés, parmi lesquels :
    • la Fig. 1 représente une courbe de réversion de la phase ε mesurée par diffraction X en fonction de la température dans un exemple de composition d'un alliage selon l'invention,
    • la Fig. 2 montre un ensemble de deux courbes de taux de déformation et de récupération de forme sur plusieurs cycles de déformation et réversion successives, l'une des deux courbes représentant les taux cumulés de déformation et récupération de forme.
  • L'alliage selon l'invention est un alliage inoxydable à base de fer, dit à mémoire de forme. Cet alliage présente un effet de mémoire de forme, c'est à dire qu'après une déformation mécanique à la température ambiante, l'alliage récupère totalement ou partiellement sa forme initiale après chauffage à une température comprise dans un intervalle déterminé de températures, favorisant la formation de la phase austénitique γ, de structure cristalline cubique face centrée.
  • L'alliage selon l'invention est élaboré à partir de lingots coulés dont la composition pondérale est la suivante :
    • 22% de manganèse,
    • 12% de chrome,
    • 5 % de silicium.
  • Ensuite, les lingots subissent selon le procédé de l'invention, un forgeage à 1200°C en plats de 15mm x 100mm x longueur. Les plats sont ensuite rectifiés jusqu'à l'épaisseur de 14mm pour éliminer les défauts de surface.
  • Les plats sont soumis après forgeage, à un laminage à chaud à 1100°C en quatre étapes de façon à obtenir des tôles de 1,5 mm d'épaisseur, puis à un recuit à 1000°C pendant 20 minutes et enfin à un ou plusieurs laminages à froid, suivis respectivement d'un recuit à 1000°C pendant 20 minutes.
  • La connaissance de température des phases fragilisantes a permis de déterminer un cycle de traitement des coulées adapté de façon à obtenir un alliage maléable.
  • Après analyse, on remarque qu'à la température ambiante, l'alliage selon l'invention ne contient pas de phase ε.
  • La phase ε est générée dans l'alliage par une déformation mécanique de celui-ci à la température ambiante. La température ambiante est comprise dans l'intervalle de températures dans lequel la phase ε peut être créée.
  • La figure 1 représente une courbe de réversion de la phase ε.
  • Pour un premier cycle, la réversion de la phase ε est réalisée dans l'intervalle [As, Af] dans lequel As est la température du début de la réversion de la martensite et Af est la température de la fin de la réversion de la martensite.
  • Cet intervalle est peu différent de 100°C avec As très peu différent de 100°C et Af très peu différent de 200°C.
  • Au refroidissement, la température de début de la transformation martensitique, Ms très peu différent de 90°C, et la température de la fin de la tranformation martensitique Mf est en dessous de la température ambiante. Après quelques cycles, Ms diminue (Ms très peu différent de 50°C).
  • Les éprouvettes réalisées pour la mise en évidence des déformations dues à l'effet de mémoire de forme ont les dimensions suivantes :
       1,5mm x 8mm x 95mm
  • Une déformation en flexion par cintrage sur un cylindre ou encore en traction est réalisée sur chaque éprouvette, et l'éprouvette après déformation est placée dans des fours dont la tempéraure varie de 50°C en 50°C entre la température ambiante et 500°C.
  • A chaque étape, la déformation est calculée après retour à la température ambiante, et on constate que la récupération de la forme s'effectue entre 50 et 250°C.
  • L'éprouvette est soumise à une série de cycles déformation-montée en témpérature. L'éprouvette est déformée à la température ambiante avec une température de déformation constante, puis chauffée à 1000°C et refroidie à l'air. En mesurant la différence entre la déformation initiale et la déformation finale, on peut déterminer un pourcentage de récupération.
  • On peut calculer deux taux de récupération en fonction d'un nombre de cycles variables de déformation, l'un en prenant pour déformation initiale la première déformation de l'échantillon (déformation cumulée RC), l'autre en prenant pour déformation initiale celle réalisée après un cycle quelconque de déformation et récupération (R).
  • La figure 2 représente une courbe des taux de déformation et récupération de forme sur plusieurs cycles successifs (R) et une courbe des taux de déformation et récupération de forme cumulés sur plusieurs cycles (RC).
  • Pour une déformation initiale de 1,2% après un premier cycle, les deux taux de récupération sont proches de 70%. Au cours des cycles suivants, le taux de récupération de forme reste constant et égal à environ 95%, alors que le taux de récupération de forme cumulée diminue.
  • Dès le deuxième cycle, le taux de récupération de l'éprouvette étant de 94%, on peut considérer que l'effet de mémoire est total. Le taux de récupération de 94% est obtenu avec des taux de déformation initiale compris entre 0,7% et 3,6%, et la récupération de la forme initiale s'effectue essentiellement entre la température ambiante et 300°C.
  • Différents alliages selon l'invention ont été élaborés. La composition pondérale des différents lingots est représentée dans le tableau I ci-dessous.
    Figure imgb0004
  • Les valeurs caractérisées des alliages à mémoire de forme sont présentées dans le tableau II ci-dessous.
    Figure imgb0005
  • Les lingots 10, 11 et 12 sont donnés à titre indicatif et mettent en évidence que l'effet de mémoire est amélioré lorsque le point Ms est situé juste en-dessous de la température ambiante.
  • La valeur limite de la teneur en manganèse, soit 25% en poids dans la composition pondérale est définie par le fait qu'au dessus de cette valeur, avec au moins 9% de chrome et/ou de nickel, il est difficile d'obtenir un effet de mémoire de forme, suffisamment important pour être industriellement exploitable.
  • Le lingot 13 donné également à titre indicatif montre qu'une amélioration de l'effet de mémoire est obtenue par l'ajout de silicium. Cet effet est matérialisé aussi bien sur le taux des récupérations, après trois cycles de récupration de forme (R), qu'après une récupération de forme cumulée sur dix cycles (RC).
  • Enfin, on constate que tous les éléments composant l'alliage, excepté le silicium, diminuent la température de la transformation martensitique Ms.
  • Le silicium a pour effet d'augmenter la température de cette transformation, cet effet particulier du silicium est lié à la présence du manganèse et au fait que l'on forme de la martensite ε avec diminution de l'énergie de faute d'empilement.
  • Les lingots 3 et 4 montrent que l'on peut ajouter du nickel en faible quantité, 2 et 4% pour améliorer la ductilité de l'alliage sans dégrader les propriétés de l'effet de mémoire.
  • Le lingot 5 montre l'effet positif de l'azote sur la récupération de forme dans le cas d'un cycle de récupération de forme (96%) et dans le cas de plusieurs cycles de récupération de forme cumulés (45%).
  • Le procédé d'élaboration selon l'invention permet d'obtenir un alliage maléable qui présente un effet de mémoire de forme total pour une déformation d'environ 3% par cycle, comme indiqué dans la colonne Déf. du tableau II et qui peut être utilisé industriellement.
  • L'alliage à mémoire de forme ainsi élaboré peut être réalisé pour la réalisation de produit tels que des tôles, des fils ou des profilés utilisés notamment dans des applications industrielles tels que des raccords de tubes, des manchons, des bagues de serrage ou des colliers.

Claims (7)

  1. Alliage inoxydable à base de fer présentant un effet dit de mémoire de forme total consistant, après une déformation mécanique déterminée à froid, en une récupération de la forme initiale par échauffement, caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante :
       9 à 13% de chrome,
       15 à 25% de manganèse,
       3 à 6 % de silicium,
    le reste étant du fer et des impuretes résiduelles resultant de la fusion des matières nécessaires à l'élaboration, les proportions des éléments devant satisfaire à la relation : 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≦ 17.
    Figure imgb0006
  2. Alliage inoxydable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en plus, dans sa composition pondérale, une teneur en azote comprise entre 0 et 0,3% en poids, les proportions des elements devant satisfaire à la relation : 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≦ 19,5 ≦ 0,66(%Mn) + 29(%N).
    Figure imgb0007
  3. Alliage inoxydable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en plus dans sa composition pondérale, une teneur en élément nickel comprise entre 0 et 5% en poids, les proportions des éléments devant satisfaire à la relation : 1,43(%Si)+1(%Cr) ≦ 19,5 ≦ 0,66(%Mn)+29(%N)+2,1(%Ni).
    Figure imgb0008
  4. Procédé d'élaboration d'un alliage inoxydable à base de fer présentant un effet dit de mémoire de forme, selon l'une des revendication 1 à 3, à partir de lingots élaborés par coulée, caractérisé en ce que l'on soumet lesdits lingots à différentes étapes de transformation physique et mécanique comprenant :
    - un forgeage en plats à une température comprise entre 1150 et 1250°C,
    - une réctification d'élimination des défauts de surface,
    - au moins un laminage à chaud à une température comprise entre 1000 et 1200°C avec un taux de réduction supérieur à 70%,
    - au moins un recuit à une température supérieure à 900°C pendant un temps compris entre 1 à 30 minutes, après chaque laminage à chaud,
    - au moins un laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 50%,
    - et au moins un recuit à une température comprise entre 900 et 1100°C pendant un temps compris entre 1 à 30 minutes.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le laminage à chaud est effectué à une température égale à 1100°C.
  6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le recuit après chaque laminage à chaud, est effectué à une température égale à 1000°C pendant 20 minutes.
  7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le recuit, après chaque laminage à froid est effectué à une température égale à 1000°C pendant 20 minutes.
EP90403251A 1989-11-22 1990-11-16 Alliage inoxydable à mémoire de forme et procédé d'élaboration d'un tel alliage Expired - Lifetime EP0430754B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT90403251T ATE101878T1 (de) 1989-11-22 1990-11-16 Rostfreie formgedaechtnislegierung und verfahren zu ihrer herstellung.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8915341 1989-11-22
FR8915341A FR2654748B1 (fr) 1989-11-22 1989-11-22 Alliage inoxydable a memoire de forme et procede d'elaboration d'un tel alliage.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0430754A1 EP0430754A1 (fr) 1991-06-05
EP0430754B1 true EP0430754B1 (fr) 1994-02-23

Family

ID=9387662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP90403251A Expired - Lifetime EP0430754B1 (fr) 1989-11-22 1990-11-16 Alliage inoxydable à mémoire de forme et procédé d'élaboration d'un tel alliage

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5173131A (fr)
EP (1) EP0430754B1 (fr)
AT (1) ATE101878T1 (fr)
CA (1) CA2030501C (fr)
DE (1) DE69006830T2 (fr)
DK (1) DK0430754T3 (fr)
ES (1) ES2051487T3 (fr)
FR (1) FR2654748B1 (fr)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997003215A1 (fr) * 1995-07-11 1997-01-30 Kari Martti Ullakko Alliages ferreux a memoire de forme et amortissement de vibrations, contenant de l'azote
FI982407A0 (fi) 1998-03-03 1998-11-06 Adaptamat Tech Oy Toimielimet ja laitteet
US6149742A (en) * 1998-05-26 2000-11-21 Lockheed Martin Corporation Process for conditioning shape memory alloys
RU2169205C1 (ru) * 2000-03-27 2001-06-20 Открытое акционерное общество "КАМАЗ" Нержавеющая сталь
CN1128244C (zh) * 2000-10-26 2003-11-19 艾默生电气（中国）投资有限公司 含Cr和N铁锰硅基形状记忆合金及其训练方法
JP3950963B2 (ja) * 2002-12-18 2007-08-01 独立行政法人物質・材料研究機構 ＮｂＣ添加Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理法
DE602006017881D1 (de) * 2005-11-09 2010-12-09 Japan Science & Tech Agency Auf eisen basierende legierung mit formgedächtniseigenschaft und superelastizität und herstellungsverfahren dafür
US20080235920A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Dimart, Llc Beach clamp
JP2010156041A (ja) * 2008-12-04 2010-07-15 Daido Steel Co Ltd 双方向形状回復合金
CN108486488A (zh) * 2018-03-22 2018-09-04 南京工业大学 一种低Mn含量的Fe基形状记忆合金及制备方法
DE102019109719A1 (de) * 2019-04-12 2020-10-15 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Herstellung eines Formgedächtnis-Bauteils mit Umwandlungsfunktionalität
CN110983152B (zh) * 2019-12-27 2020-10-30 燕山大学 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE692327C (de) * 1934-05-24 1940-06-17 Edelstahlwerke Akt Ges Deutsch Chrom-Mangan-Silizium-Stahl
DE692732C (de) * 1934-05-24 1940-06-26 Edelstahlwerke Akt Ges Deutsch Stahllegierung fuer Gegenstaende, die eine hohe Zunderbestaendigkeit besitzen muessen
GB439045A (en) * 1934-05-28 1935-11-28 Deutsche Edelstahlwerke Ag An improved chromium manganese steel alloy
DE864405C (de) * 1935-04-09 1953-01-26 Stahlwerke Roechling Buderus A Eisenlegierung fuer Zwecke, fuer welche bislang Silber oder Neusilber verwendet wird
DE3573932D1 (en) * 1984-09-07 1989-11-30 Nippon Steel Corp Shape memory alloy and method for producing the same
JPS63216946A (ja) * 1987-03-04 1988-09-09 Sumitomo Metal Ind Ltd 形状記憶合金
US4929289A (en) * 1988-04-05 1990-05-29 Nkk Corporation Iron-based shape-memory alloy excellent in shape-memory property and corrosion resistance
US5032195A (en) * 1989-03-02 1991-07-16 Korea Institute Of Science And Technology FE-base shape memory alloy

Also Published As

Publication number Publication date
ES2051487T3 (es) 1994-06-16
DE69006830T2 (de) 1994-09-29
EP0430754A1 (fr) 1991-06-05
FR2654748B1 (fr) 1992-03-20
FR2654748A1 (fr) 1991-05-24
DK0430754T3 (da) 1994-03-28
DE69006830D1 (de) 1994-03-31
ATE101878T1 (de) 1994-03-15
CA2030501C (fr) 1999-12-28
CA2030501A1 (fr) 1991-05-23
US5173131A (en) 1992-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1818422B1 (fr) Acier inoxydable ferritique dit a 19% de chrome stabilisé au niobium
FR2765243A1 (fr) Acier inoxydable austenoferritique a tres bas nickel et presentant un fort allongement en traction
FR2477179A1 (fr) Acier inoxydable austenitique contenant du cuivre et de l'azote et ses applications a l'obtention de bandes, tubes, barres ou tiges
CA2467681C (fr) Bandes en alliage d'aluminium pour echangeurs thermiques
BE658149A (fr)
EP0362086B1 (fr) Procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium gardant une bonne résistance à la fatigue après un maintien prolongé à chaud
EP0430754A1 (fr) Alliage inoxydable à mémoire de forme et procédé d'élaboration d'un tel alliage
EP0008996B1 (fr) Procédé de traitement thermique des alliages aluminium-cuivre-magnésium-silicium
EP1153396B1 (fr) Procede de fabrication d'elements minces en alliage a base de zirconium et plaquettes ainsi realisees
CH636644A5 (fr) Alliages a faible dilatation resistant aux hautes temperatures.
EP0931844B1 (fr) Acier maraging sans cobalt
EP0713923A1 (fr) Alliage fer-nickel à faible coefficient de dilatation
FR2664907A1 (fr) Procede de fabrication d'une tole ou feuillard en zircaloy de bonne formabilite et feuillards obtenus.
EP0388283B1 (fr) Acier inoxydable ferritique et procédé pour l'élaboration d'un tel acier
CA2502079C (fr) Procede de fabrication de toles d'acier durcissables par cuisson, toles d'acier et pieces ainsi obtenues
CA2410456A1 (fr) Alliage fe-ni durci pour la fabrication de grilles support de circuits integres et procede de fabrication
EP0493218B1 (fr) Chaíne transporteuse
CA2435938C (fr) Acier isotrope a haute resistance, procede de fabrication de toles et toles obtenues
KR880001356B1 (ko) 콜롬비움 혹은 티타니움을 함유하여 용접 가능한 낮은 침입형의 29% 크롬-4% 몰리브덴 페라이트 스텐레스 강
EP0092629B1 (fr) Procédé de fabrication de barres et de tubes en aciers à hautes caractéristiques mécaniques
EP0935007B1 (fr) Acier maraging sans cobalt et sans titane
EP0748877A1 (fr) Procédé de réalisation d'une bande de tÔle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité et tÔle d'acier obtenue
WO1985004906A1 (fr) Procede de fabrication de barres ou de fil machine en acier et produits correspondants
FR2507210A1 (fr) Procede de fabrication d'une tole d'aluminium de limite elastique elevee
JPS5935978B2 (ja) 形状記憶チタン合金

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LI LU NL SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19910424

17Q First examination report despatched

Effective date: 19930223

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: UGINE S.A.

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LI LU NL SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 101878

Country of ref document: AT

Date of ref document: 19940315

Kind code of ref document: T

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19940221

REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: T3

REF Corresponds to:

Ref document number: 69006830

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19940331

ITF It: translation for a ep patent filed
REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2051487

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

REG Reference to a national code

Ref country code: GR

Ref legal event code: FG4A

Free format text: 3011864

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

EAL Se: european patent in force in sweden

Ref document number: 90403251.3

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20021015

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20021018

Year of fee payment: 13

Ref country code: AT

Payment date: 20021018

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20021021

Year of fee payment: 13

Ref country code: DK

Payment date: 20021021

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20021023

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Payment date: 20021024

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20021108

Year of fee payment: 13

Ref country code: DE

Payment date: 20021108

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20021115

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Payment date: 20021119

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20021212

Year of fee payment: 13

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031116

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031116

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031116

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031117

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031117

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031130

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031130

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031201

BERE Be: lapsed

Owner name: S.A. *UGINE

Effective date: 20031130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040601

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040602

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040603

EUG Se: european patent has lapsed
REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: EBP

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20031116

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040730

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20040601

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20031117

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20051116