FR2618163A1 - Process for education of an article made of alloy with shape memory, making it possible to ensure the precision and the stability of the reversible memory effect - Google Patents
Process for education of an article made of alloy with shape memory, making it possible to ensure the precision and the stability of the reversible memory effect Download PDFInfo
- Publication number
- FR2618163A1 FR2618163A1 FR8710496A FR8710496A FR2618163A1 FR 2618163 A1 FR2618163 A1 FR 2618163A1 FR 8710496 A FR8710496 A FR 8710496A FR 8710496 A FR8710496 A FR 8710496A FR 2618163 A1 FR2618163 A1 FR 2618163A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- temperature
- education
- deformation
- max
- cycles
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
PROCEDE D'EDUCATION D'UN OBJET EN ALLIAGE A MEMOIRE
DE FORME, PERMETTANT D'ASSURER LA PRECISION
ET LA STABILITE DE L'EFFET MEMOIRE RéVERSIBLE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé d'éducation d'un objet en alliage à mémoire de forme permettant d'assurer une grande précision et une grande stabilité de l'effet mémoire réversible.METHOD FOR EDUCATING A MEMORY ALLOY OBJECT
OF FORM, TO ENSURE PRECISION
AND STABILITY OF THE REVERSIBLE MEMORY EFFECT
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to a method of educating a shape memory alloy object to ensure high accuracy and stability of the reversible memory effect.
Elle s'applique à tous les alliages à mémoire de forme présentant une transformation martensite-austénite, tels que les alliages à base de cuivre et les alliages à base de nickel et de titane.It applies to all shape-memory alloys with martensite-austenite processing, such as copper-based alloys and nickel-titanium alloys.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les alliages à mémoire de forme, découverts en 1938, sont des alliages susceptibles de présenter une transformation martensitique thermoélastique. C'est cette transformation structurale qui est à l'origine des propriétés de ces alliages : effet caoutchoutique, effet superélastique, simple effet mémoire, effet mémoire réversible.STATE OF THE PRIOR ART
The shape memory alloys, discovered in 1938, are alloys capable of presenting a martensitic thermoelastic transformation. It is this structural transformation that is at the origin of the properties of these alloys: rubber effect, superelastic effect, simple memory effect, reversible memory effect.
La structure cristallographique haute température est appelée austénite et la -structure cristallographique basse température est appelée martensite. Les températures de début et de fin de transformation martensitique, avant éducation, sont notées par convention Ms et
Mf au refroidissement, As et Af au chauffage. Ces alliages qui ont de multiples exemples d'utilisation en simple effet mémoire ont déjà été présentés dans un grand nombre de publications.The high temperature crystallographic structure is called austenite and the low temperature crystallographic structure is called martensite. The start and end temperatures of martensitic transformation, before education, are noted by convention Ms and
Mf cooling, As and Af heating. These alloys which have multiple examples of use in simple memory effect have already been presented in a large number of publications.
En revanche, l'effet mémoire réversible, que l'on obtient après un traitement appelé "traitement d'éducation", n'a été décrit que dans un petit nombre de publications, dans lesquelles les états de mémoire de forme ne peuvent être utilisés que pour des applications spécifiques, et où seul l'état global de changement de forme peut être utilise'. On the other hand, the reversible memory effect, which is obtained after a treatment called "education treatment", has only been described in a small number of publications, in which the shape memory states can not be used. only for specific applications, and where only the overall state of shape change can be used.
La demande de Brevet Européen EP-0161952-A2 décrit effectivement un procédé permettant d'obtenir d'un objet en alliage à mémoire de forme l'effet mémoire réversible, où l'on fait varier la température entre l'état austénitique et l'état martensitique, et simultanément on impose une déformation plastique pouvant aller jusqu'à 20 % dans l'un de ces états, ou, successivement dans les deux états. Le procédé proposé dans ce brevet est différent de celui mis en oeuvre dans la présente invention, qui n'agit que sur l'un ou l'autre de ces paramètres, et que nous allons maintenant décrire.European Patent Application EP-0161952-A2 does indeed disclose a method for obtaining from a shape memory alloy object the reversible memory effect, wherein the temperature is varied between the austenitic state and the martensitic state, and simultaneously one imposes a plastic deformation up to 20% in one of these states, or, successively in both states. The method proposed in this patent is different from that used in the present invention, which acts only on one or the other of these parameters, and which we will now describe.
Le procédé, objet de l'invention, peut être avantageusement utilisé avec tout objet en alliage à mémoire de forme pour obtenir un effet mémoire réversible précis. On rappelle qu'un objet présente l'effet mémoire réversible lorsqu'il possède une forme dite basse température différente de sa forme dite haute température. Le passage d'une forme à l'autre s'effectue par simple changement de température. On entend par le terme d'obtention d'un effet mémoire réversible précis, la mémorisation, consécutivement au traitement d'éducation, de formes basse et haute température correspondant précisément aux formes que l'on voulait obtenir.De plus, le présent procédé permet d'obtenir un effet mémoire réversible stable : stable vis-à-vis du temps de maintien aux températures d'utilisation, et stable vis-à-vis du nombre de cycles effectués entre les formes basse et haute températures.The method, object of the invention, can be advantageously used with any shape memory alloy object to obtain a precise reversible memory effect. It is recalled that an object has the reversible memory effect when it has a so-called low temperature form different from its so-called high temperature form. The transition from one form to another takes place simply by changing the temperature. The term "obtaining a precise reversible memory effect" is understood to mean the memorization, as a result of the education treatment, of low and high temperature forms corresponding precisely to the shapes that it was desired to obtain. to obtain a stable reversible memory effect: stable vis-à-vis the holding time at the temperatures of use, and stable vis-à-vis the number of cycles between the low and high temperature forms.
On sait en effet que, par exemple, les objets en alliages à mémoire de forme du type CuZnAl peuvent perdre leurs propriétés si on les porte à des températures supérieures à 1000C.It is known in fact that, for example, the CuZnAl shape memory alloy objects can lose their properties if they are heated to temperatures above 1000.degree.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé ou traitement d'éducation et l'application de ce traitement d'éducation à tout objet constitué en un alliage métallique à mémoire de forme en vue de lui conférer un effet mémoire réversible précis et stable, tel que défini ci-dessus.OBJECT OF THE INVENTION
The subject of the present invention is an education process or treatment and the application of this education treatment to any object made of a shape memory metal alloy with a view to conferring on it a precise and stable reversible memory effect, such as defined above.
C'est un procédé qui consiste à répéter des cycles appelés "cycles d'éducation", ' qui peuvent être des cycles mécaniques ou thermomécaniques. It is a process of repeating cycles called "education cycles", which may be mechanical or thermomechanical cycles.
Un cycle mécanique désigne un cycle au cours duquel on applique une contrainte mécanique variable à une température constante. Un cycle thermomécanique désigne un cycle au cours duquel on applique une contrainte mécanique constante et des variations de température.A mechanical cycle refers to a cycle in which a variable mechanical stress is applied at a constant temperature. A thermomechanical cycle designates a cycle in which a constant mechanical stress and temperature variations are applied.
Lorsque l'éducation proprement dete de l'alliage est terminée, ce procédé peut comporter un stade complémentaire de traitement thermique.When the proper education of the alloy is complete, this process may include a complementary stage of heat treatment.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels
- la Figure 1 représente la courbe effort-déformation associée au premier mode de mise en oeuvre de cycle d'éducation, à température constante
- la Figure 2 représente la courbe déformation-température associée au second mode de mise en oeuvre, à contrainte mécanique constante et température variable
- la Figure 3 représente la courbe déformation-température correspondant à l'effet mémoire réversible, obtenu selon l'invention
- la Figure 4 représente schématiquement l'appareillage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé d'éducation
- la Figure 5 représente, pour le deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, la déformationmax que l'on obtient en fonction de la contrainte appliquée dans le cas d'une déformation en torsion.The invention will be better understood on reading the detailed description and on the observation of the drawings below, in which
FIG. 1 represents the stress-strain curve associated with the first embodiment of the education cycle, at constant temperature;
FIG. 2 represents the deformation-temperature curve associated with the second mode of implementation, with constant mechanical stress and variable temperature.
FIG. 3 represents the deformation-temperature curve corresponding to the reversible memory effect, obtained according to the invention
FIG. 4 schematically represents the apparatus used for implementing the education method.
- Figure 5 represents, for the second embodiment of the invention, the deformationmax obtained according to the stress applied in the case of torsional deformation.
- la Figure 6 représente pour le même cas que la figure 5, la déformation résiduelle & p en fonction de la contrainte omax après avoir porté l'objet à la température T2. - Figure 6 represents for the same case as in Figure 5, the residual deformation & p as a function of omax stress after bringing the object to temperature T2.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Le procédé décrit dans la présente invention peut s'appliquer à tout alliage métallique réputé à mémoire de forme. DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method described in the present invention can be applied to any known metal alloy with shape memory.
Parmi les alliages auxquels peut s'appliquer ce procédé on peut citer, à titre d'exemple, et de manière non limitative, des alliages à base de cuivre tels que Cuivre-Manganèse-Aluminium, Cuivre-Aluminium-Nickel,
Cuivre-Zinc-Aluminium; Les alliages Cuivre-Zinc-Aluminium peuvent contenir 4 à 12 % en poids d'Aluminium et 15 à 30 % de Zinc; Ils peuvent également contenir des éléments d'addition tels que le Nickel dans des proportions pouvant aller jusqu'à 2 % et éventuellement au moins un élément connu pour ses propriétés d'affinant de la taille des grains (titane, zirconium, magnésium), les alliages de type Nickel
Titane de composition voisine de la composition équiatomique, plus des éléments d'addition tels que le fer, le cuivre, le cobalt, l'aluminium.Among the alloys to which this process can be applied include, by way of example, and without limitation, copper-based alloys such as Copper-Manganese-Aluminum, Copper-Aluminum-Nickel,
Copper-Zinc-Aluminum; Copper-Zinc-Aluminum alloys can contain 4 to 12% by weight of Aluminum and 15 to 30% of Zinc; They may also contain addition elements such as nickel in proportions of up to 2% and possibly at least one element known for its grain-size refining properties (titanium, zirconium, magnesium), Nickel alloys
Titanium of composition close to the equiatomic composition, plus addition elements such as iron, copper, cobalt, aluminum.
Après l'opération initiale de mise en forme à partir d'un lingot ou d'une billette par exemple, l'objet doit subir un traitement thermique d'homogénéisation en phase p. Ce traitement est bien connu de l'homme de l'art.After the initial shaping operation from an ingot or a billet, for example, the object must undergo a homogenization heat treatment in the p phase. This treatment is well known to those skilled in the art.
Le procédé d'éducation d'un objet en alliage à mémoire de forme, objet de la présente invention, peut etre mis en oeuvre selon deux modes particuliers.The method of educating a shape memory alloy object, object of the present invention, can be implemented according to two particular modes.
Selon le premier mode, l'objet est soumis de façon répétitive à une succession de cycles d'éducation au cours desquels
- on lui applique, à une température T1 constante, supérieure au point de transformation Af, une contrainte mécanique croissante Uc provoquant une déformation amax dans le domaine superélastique, jusqu'à une valeur maximale max, inférieure à la limite élastique du matériau à l'état austénitique à la température T1,
- on relâche la contrainte û jusqu'à une valeur nulle, l'objet recouvrant sensiblement sa forme initiale à la différence d'une déformation faible résiduelleEp1(Tl). According to the first mode, the object is subjected repetitively to a succession of cycles of education during which
it is applied, at a constant temperature T1, higher than the transformation point Af, an increasing mechanical stress Uc causing an amax deformation in the superelastic domain, up to a maximum value max, lower than the elastic limit of the material to the austenitic state at temperature T1,
the stress is relaxed to a zero value, the object substantially covering its initial shape, unlike a residual weak deformation Ep1 (T1).
- on répète la mise sous contrainte 6rmax, suivie d'un retour à valeur nulle, l'objet recouvrant sensiblement sa forme initiale à la différence d'une déformation résiduelle tp2(Tl) > Epl(Tl). the constraint 6rmax is repeated, followed by a zero value return, the object substantially covering its initial shape, unlike a residual deformation tp2 (T1)> Epl (T1).
- on répète ainsi la mise sous contrainte max, suivie d'un retour à valeur nulle pendant n cycles, au moins jusqu a ce que la déformation résiduelle Epn(Tl) atteigne une valeur limite. - The stress is thus repeated max, followed by a zero value return for n cycles, at least until the residual strain Epn (Tl) reaches a limit value.
- on porte ensuite l'objet à une température T2 supérieure
à Af d'au moins 500C.the object is then brought to a higher temperature T2
at Af of at least 500C.
Selon le second mode de mise en oeuvre, l'objet est soumis de façon
répétitive à une succession de cycles d'éducation au cours desquels
- on applique à l'objet une contrainte constante qUmax, à une
température T1 supérieure au point de transformation Af, et choisie
de façon telle que la contrainteCrmax reste dans le domaine de
déformation élastique.According to the second mode of implementation, the object is subjected so
repetitive to a succession of cycles of education during which
- we apply to the object a constant stress qUmax, to a
T1 temperature higher than the transformation point Af, and chosen
so that the constraint Crmax remains in the domain of
elastic deformation.
- on refroidit l'objet à une température inférieure au point
de transformation Mf, tout en maintenant la contraintemax constante,
et en laissant l'objet libre de se déformer au cours du
refroidissement, jusqu'à une valeur 1. - the object is cooled to a temperature below the point
Mf, while keeping the constraint constant,
and leaving the object free to deform during the
cooling down to a value of 1.
- on réchauffe l'objet jusqu'à la température Tl. L'objet
recouvre sensiblement sa forme initiale à la différence d'une faible
déformation résiduellep1(). the object is heated up to the temperature Tl.
significantly overlaps its original shape unlike a weak
residual deformation p1 ().
- on répète le refroidissement à température inférieure à
Mf, tout en maintenant la contrainte constante et en laissant l'objet
libre de se déformer jusqu'à une valeur #2 > 1. puis on le réchauffe
à T1. La déformation résiduelle augmente et prend une valeur p2(v) > Ep1(. - cooling is repeated at a lower temperature than
Mf, while keeping the stress constant and leaving the object
free to deform to a value # 2> 1. then warm it up
at T1. The residual strain increases and takes a value p2 (v)> Ep1 (.
- on répète ce cyclage n fois, au moins jusqu'à ce que la déformation résiduelle atteigne une valeur limite & n (G), et que
la déformation n atteigne une valeur limite tmax. this cycle is repeated n times, at least until the residual deformation reaches a limit value & n (G), and that
the deformation n reaches a limit value tmax.
Nous allons maintenant examiner, en détail, chacun de ces deux modes de mise en oeuvre, en faisant référence aux figures 1 à 3.We will now examine, in detail, each of these two modes of implementation, with reference to Figures 1 to 3.
Selon le premier mode de mise en oeuvre, le processus d'éducation
de la mémoire de forme utilise l'effet superélastique. L'effet
superélastique est schématiquement représenté sur la Figure 1 qui montre la déformation obtenue lorsque l'on applique une contrainte
sur un objet en alliage à mémoire de forme initialement à l'état austénitique, donc à une température constante T1 supérieure à Af.According to the first mode of implementation, the educational process
shape memory uses the superelastic effect. The effect
superelastic is schematically represented in Figure 1 which shows the deformation obtained when applying a constraint
on a shape memory alloy object initially in the austenitic state, therefore at a constant temperature T1 greater than Af.
On distingue trois stades : le premier stade repéré 1, correspond à la déformation élastique de l'austénite. Au-delà d'une contrainte notée #d, il se produit, à contrainte croissante une déformation importante de l'objet, due à la formation de martensite induite par
la contrainte. C'est le stade noté 2 qui correspond à l'effet dit
"superélastique". La contrainte est augmentée jusqu'à une valeur
maximale max fixée à une valeur inférieure à la limite élastique
du matériau à l'état austénitique à la température Tl correspondant
à une valeur maximale de la déformationlmax. Lorsqu'on relâche la
contrainte pendant le stade noté 3, il y a réversion de la déformation
par réversion de la martensite formée, puis retour élastique.Le
retour à la forme initiale n'est pas parfait, il subsiste une
déformation résiduelle appelée p(Tl), bien que # max soit inférieure
à la limite élastique. Ceci est dû au fait que la formation de
martensite, induite par la contrainte n'est pas rigoureusement
réversible lorsqu'on relâche la contrainte ; il reste de la martensite
retenue à une température supérieure à Af, et il apparat une
déformation que l'on assimile à une déformation plastique vraie.There are three stages: the first stage marked 1, corresponds to the elastic deformation of the austenite. Beyond a constraint denoted #d, there occurs, with increasing stress, a significant deformation of the object, due to the formation of martensite induced by
the constraint. This is the noted stage 2 which corresponds to the so-called effect
"Superelastic". The constraint is increased to a value
max maximum fixed at a value below the elastic limit
material in the austenitic state at the corresponding temperature T1
at a maximum value of the strainlmax. When you release
stress during the stage noted 3, there is reversion of the deformation
by reversion of the martensite formed, then elastic return.
back to the original form is not perfect, there is still a
residual strain called p (Tl), although # max is less
at the elastic limit. This is due to the fact that the formation of
martensite induced stress is not rigorously
reversible when releasing the constraint; there remains martensite
retained at a temperature above Af, and it appears a
deformation that is assimilated to a true plastic deformation.
Ce premier traitement d'éducation consiste à répéter, sur un certain
nombre de cycles que l'on précisera un peu plus loin, la déformation
dans le domaine superélastique. Chaque cycle consiste donc à déformer
l'objet à la température T1 > Af jusqu'à la valeur max, par
application de la contraintecrmax. La contrainte est ensuite ramenée
à une valeur nulle. L'objet retrouvera sensiblement sa forme initiale
à la différence d'une faible déformation résiduelle # p(Tl). La
déformationEp(Tl) augmente avec le nombre de cycles puis se stabilise.This first educational treatment consists of repeating, on a certain
number of cycles that we will specify a little further, the deformation
in the superelastic domain. Each cycle therefore consists of deforming
the object at temperature T1> Af up to the max value, by
application of the constraintecrmax. The constraint is then brought back
at a value of zero. The object will return to its original shape
unlike a small residual strain # p (Tl). The
DeformationEp (Tl) increases with the number of cycles and then stabilizes.
Pour obtenir une déformation max donnée, la valeur de la contrainte # max à appliquer sera d'autant plus forte que la différence entre
la température T1 à laquelle on effectue le traitement d'éducation
et la température Af est importante. I1 convient de choisir
judicieusement cette température. En effet, si on effectue le
traitement d'éducation à une température trop supérieure à Af et
si la valeur de Qmax se rapproche de la limite élastique de l'objet
à l'état austénitique, on induit une déformation plastique vraie
trop importante, ce qui entraine un mauvais comportement de l'effet
mémoire réversible que l'on obtient.En revanche, il ne faut pas
effectuer le traitement d'éducation à une température T1 trop proche de Af. Dans ce cas, la proportion de martensite retenue va induire une déformation résiduelle trop importante. En pratique, ce premier type de cycle d'éducation doit etre de préférence réalisé à une température T1 supérieure de 5 à 500C à la température Af. En conclusion, on doit souligner que ce cycle d'éducation est remarquable en ce qu'il s'effectue à une température constante.To obtain a given max deformation, the value of the constraint # max to be applied will be even stronger than the difference between
the T1 temperature at which the education treatment is performed
and the temperature Af is important. I should choose
this temperature judiciously. Indeed, if we perform the
education treatment at a temperature too much higher than Af and
if the value of Qmax approaches the elastic limit of the object
in the austenitic state, a true plastic deformation is induced
too much, which leads to a bad behavior of the effect
reversible memory that we obtain. On the other hand, we must not
perform the education treatment at a temperature T1 too close to Af. In this case, the proportion of martensite retained will induce too much residual deformation. In practice, this first type of education cycle should preferably be performed at a temperature T1 greater than 5 to 500C at the temperature Af. In conclusion, it must be emphasized that this cycle of education is remarkable in that it is carried out at a constant temperature.
Selon le second mode de mise en oeuvre, ce traitement d'éducation peut être réalisé par la répétition d'un deuxième type de cycle d'éducation à contrainte constante et température variable. La première étape de ce second type de cycle d'éducation consiste à appliquer une contrainte max à l'objet, à une température T1 > Af. La température T1 doit être suffisamment élevée pour que la contrainte
max reste inférieure à la contrainte d définie à l'aide de la Figure 1. I1 ne doit donc y avoir qu'une déformation élastique.According to the second mode of implementation, this education treatment can be achieved by the repetition of a second type of education cycle with constant stress and variable temperature. The first step of this second type of education cycle is to apply a max stress to the object, at a temperature T1> Af. The temperature T1 must be high enough for the constraint
max remains below the stress d defined using Figure 1. It must therefore be only elastic deformation.
La deuxième étape consiste à refroidir l'alliage à une température inférieure à Mf, tout en maintenant la contrainte constante.The second step is to cool the alloy to a temperature below Mf, while keeping the stress constant.
L'appareillage utilisé pour réaliser ce cycle doit être conçu de façon à laisser l'objet libre de se déformer au cours du refroidissement. En effet, sous l'action de la contrainte appliquée, la formation de martensite pendant le refroidissement s'accompagne d'un changement de forme. La Figure 2 montre l'évolution de la forme de l'objet en fonction de la température pour deux cycles successifs.The equipment used to carry out this cycle must be designed in such a way as to allow the object to deform during cooling. Indeed, under the action of the applied stress, the formation of martensite during cooling is accompanied by a change of shape. Figure 2 shows the evolution of the shape of the object as a function of temperature for two successive cycles.
A la température Tl < Mf l'alliage s'est déformé jusqu a une valeur appelée 1. La dernière étape du cycle consiste à réchauffer l'objet à la température T1. L'objet va retrouver sa forme initiale à la différence d'une faible déformation résiduelle. La nouvelle forme haute température est repérée p (#). Les valeurs successives de (1, ,, e2 > ..) au cours des cycles successifs (1, 2, ..) vont augmenter progressivement (E2 > 1)et se stabiliser à une valeur Emax qui dépend, linéairement, de la contrainte # max appliquée. Sur la fig. 2, on a représenté les courbes correspondantes. Après avoir effectué un nombre n de cycles d'éducation suffisant on peut relâcher la contrainte. Le nombre de cycles sera précisé un peu plus loin. Il subsistera, à la température T1, une déformation résiduellep(Tl). At the temperature Tl <Mf the alloy has deformed to a value called 1. The last stage of the cycle consists in heating the object to the temperature T1. The object will return to its original shape unlike a small residual deformation. The new high temperature form is marked p (#). The successive values of (1, ,, e2> ..) during the successive cycles (1, 2, ..) will increase gradually (E2> 1) and stabilize at a value Emax which depends, linearly, on the constraint # max applied. In fig. 2, the corresponding curves are shown. After having carried out a number n of sufficient cycles of education one can relax the constraint. The number of cycles will be specified a little further. There will remain, at the temperature T1, a residual deformationp (Tl).
Cette déformation résiduelle est dûe à une déformation plastique vraie et à la présence de martensite retenue à la température T1.This residual deformation is due to a true plastic deformation and the presence of martensite retained at temperature T1.
La température T1 peut être sensiblement supérieure à la température
Af, dans la mesure ou il ne risque pas de se poser de problème de vieillissement de l'alliage à mémoire de forme (recristallisation perte partielle de la mémoire). Dans le cas d'un alliage du type
CuZnAl, cette température T1 ne doit pas dépasser 1000C.The temperature T1 may be substantially greater than the temperature
Af, to the extent that there is no risk of aging problem of the shape memory alloy (recrystallization partial loss of memory). In the case of an alloy of the type
CuZnAl, this T1 temperature should not exceed 1000C.
En conclusion, on doit souligner que le second type de cycle d'éducation est remarquable en ce qu'il s'effectue à contrainte constante, et ne nécessite que des variations de température. Les vitesses de refroidissement et de chauffage, lors du cycle d'éducation, peuvent être aussi bien lentes (quelques degrés/minute) que rapides (exposition de l'objet à un fluide chaud ou froid).In conclusion, it must be emphasized that the second type of education cycle is remarkable in that it is carried out at constant stress, and requires only temperature variations. The cooling and heating speeds during the education cycle can be slow (a few degrees / minute) or fast (exposure of the object to a hot or cold fluid).
Quel que soit le type de cycle d'éducation mis en oeuvre, le procédé comporte un stade consistant à porter l'alliage à une température
T2 soit au cours du traitement d'éducation (cas de 'la deuxième variante) soit consécutivement au traitement d'éducation (cas de la première variante). Cette température T2 doit être au moins égale et si possible supérieure à la température maximale d'utilisation à laquelle pourrait être porté, en cours d'utilisation, l'objet doué de l'effet mémoire réversible et sera de préférence supérieure à la température Af d'au moins 500C. Au cours de cette montée en température, l'objet doit être libre de se déformer.La déformation résiduelleEp(T1) va diminuer au cours de cette montée en température par réversion de la martensite qui était retenue à la température
T1 > Af et atteindre une valeur stable & p. C'est cette valeur qui définit la forme haute température de l'alliage doué de la mémoire de forme réversible. Un autre objectif de cette.montée en température est d'augmenter la stabilité de l'effet mémoire réversible obtenu, lors des utilisations ultérieures de l'objet.Whatever the type of education cycle implemented, the method comprises a step of bringing the alloy to a temperature
T2 either during the education process (case of the second variant) or after the education treatment (case of the first variant). This temperature T2 must be at least equal and, if possible, greater than the maximum temperature of use at which the object endowed with the reversible memory effect could be worn during use and will preferably be greater than the temperature Af at least 500C. During this rise in temperature, the object must be free to deform. The residual strain Ep (T1) will decrease during this rise in temperature by reversion of the martensite which was held at the temperature
T1> Af and reach a stable value & p. It is this value that defines the high temperature form of the alloy endowed with the reversible shape memory. Another objective of this temperature rise is to increase the stability of the reversible memory effect obtained during subsequent uses of the object.
La vitesse de montée à la température T2 et le temps de maintien à cette température ne constituent pas des paramètres critiques, sauf s'il risque de se produire un vieillissement de l'objet en alliage à mémoire de forme. Ce peut être par exemple le cas pour un alliage de type Cuivre-Zinc-Aluminium si la température atteint ou dépasse 1000C. Dans ce cas il est préférable d'effectuer la montée et la descente en température à des vitesses supérieures à quelques degrés par minute et de limiter le plus possible le temps de maintien à la température T2. Ces vitesses doivent être d'autant plus rapides et le temps de maintien d'autant plus court, que la température T2 est élevée.The rise rate at the temperature T2 and the holding time at this temperature are not critical parameters unless there is a risk of aging of the shape memory alloy object. This can be for example the case for a copper-zinc-aluminum type alloy if the temperature reaches or exceeds 1000C. In this case it is preferable to carry out the rise and fall in temperature at speeds greater than a few degrees per minute and to limit as much as possible the holding time to the temperature T2. These speeds must be all the faster and the holding time is shorter as the T2 temperature is high.
On peut remarquer que si, dans la mise en oeuvre de la deuxième variante du procédé d'éducation, la température T1 est au moins égale à la température T2 que lton vient de définir, le stade du traitement thermique final à T2 n'est plus nécessaire, puisqu'il a été, en fait, effectué au cours du cyclage à contrainte constante.It may be noted that if, in the implementation of the second variant of the education method, the temperature T1 is at least equal to the temperature T2 that has just been defined, the stage of the final heat treatment at T2 is no longer necessary, since it was, in fact, carried out during constant stress cycling.
La Figure 3 montre une courbe donnant la déformation en fonction de la température d'un objet auquel on a conféré par mise en oeuvre de l'invention l'effet mémoire réversible.Figure 3 shows a curve giving the deformation as a function of the temperature of an object which has been conferred by implementation of the invention the reversible memory effect.
La forme initiale de l'objet, consécutivement à son opération de façonnage, au traitement d'homogénéisation précité, et avant mise en oeuvre du procédé d'éducation, correspond à l'état de déformation nul. p et (MARS) sont respectivement les formes haute et basse
p températures que l'objet a mémorisées par utilisation du procédé d'éducation.The initial shape of the object, following its shaping operation, the above homogenization treatment, and before implementation of the education process, corresponds to the state of zero deformation. p and (MARS) are respectively the high and low forms
p temperatures that the object has memorized by using the education method.
Ce procédé est remarquable en ce qu'il permet de maitriser avec une grande précision, par un choix judicieux des paramètres imposés au cours des cycles d'éducation, les formes haute et basse températures.This process is remarkable in that it allows to master with great precision, by a judicious choice of the parameters imposed during the education cycles, the high and low temperature forms.
La forme haute température p est fonction de la contrainte max
p appliquée au cours des cycles d'éducation. La forme basse température
MART) MART) est déterminée par la déformation maximale max atteinte au cours des cycles d'éducation. On définit un rendement d'éducation par le rapport (MART)/(max). Ce rendement est différent selon le type de cycle d'éducation mis en oeuvre (variante nol ou n02). Le meilleur rendement sera obtenu par le second mode de mise en oeuvre de l'invention.
The high temperature form p is a function of the maximum stress
p applied during education cycles. Low temperature form
MART) MART) is determined by the maximum deformation max achieved during the education cycles. An education performance is defined by the ratio (MART) / (max). This return is different according to the type of education cycle implemented (variant nol or n02). The best performance will be obtained by the second embodiment of the invention.
On peut avantageusement, si l'on utilise le deuxième type de cycle, limiter la déformation au cours du refroidissement. Ceci permettra de fixer à une valeur bien précise la valeur de (max) et donc d'obtenir une meilleure précision sur la forme basse température qui sera mémorisée. Le rendement-d'éducation se trouve, dans ce cas, amélioré. La limitation de la déformation peut être effectuée par un moyen mécanique externe, tel qu'une butée, ou peut être inhérente au changement de forme de l'objet lui-même. C'est le cas par exemple pour un ressort amené à spires jointives.It is advantageously possible, if the second type of cycle is used, to limit the deformation during cooling. This will make it possible to set the value of (max) to a very precise value and thus to obtain a better precision on the low temperature form that will be memorized. In this case, the return on education is improved. The limitation of the deformation may be effected by external mechanical means, such as a stop, or may be inherent in the change of shape of the object itself. This is the case for example for a spring brought to contiguous turns.
Pour qu'un objet mémorise les formes basse et haute températures on peut se limiter à répéter les cycles d'éducation décrits un petit nombre de fois : jusqu a une dizaine de fois par exemple. Cependant, pour obtenir un effet mémoire réversible très stable, il convient de répéter ces cycles un nombre de fois beaucoup plus important, par exemple quelques dizaines à quelques centaines de fois. I1 pourra avantageusement être compris entre 10 et 100, pour l'un ou l'autre des deux modes de mise en oeuvre de l'invention.For an object to memorize the low and high temperature forms, we can limit ourselves to repeating the cycles of education described a few times: up to a dozen times, for example. However, to obtain a very stable reversible memory effect, it is necessary to repeat these cycles a much larger number of times, for example a few tens to a few hundred times. It may advantageously be between 10 and 100, for one or other of the two embodiments of the invention.
EXEMPLES DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION
Le procédé de la présente invention peut être utilisé avec tout objet en alliage métallique à mémoire de forme, quelle que soit sa forme initiale et le mode de déformation, pour conférer à cet objet l'effet de mémoire de forme réversible, dès lors qu'on a conçu un appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit. L'objet peut par exemple être, de manière non limitative, un ressort, une lame déformée en flexion, un fil ou une bande déformée en torsion.EXAMPLES OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
The method of the present invention can be used with any metal shape memory alloy object, regardless of its initial shape and the mode of deformation, to impart to this object the reversible shape memory effect, since an apparatus has been devised which makes it possible to implement the method described. The object may for example be, without limitation, a spring, a deformed blade bending, a wire or a torsionally deformed strip.
La figure 4 montre schématiquement un appareil que nous avons utilisé pour une déformation en torsion.Figure 4 schematically shows an apparatus that we used for torsional deformation.
L'objet est plongé dans un bain liquide 8. L'élément 4 permet d'appliquer le couple de torsion, ou simplement de déformer l'objet en torsion, si l'on met en oeuvre le premier mode d'éducation. Ce peut être par exemple un moteur ou un système utilisant des poulies et des poids. La tige 5 est le mors mobile, le mors fixe est repéré 7 et l'objet (bande ou fil) correspond au repère 6.The object is immersed in a liquid bath 8. The element 4 makes it possible to apply the torsion torque, or simply to deform the object in torsion, if the first mode of education is implemented. This may be for example an engine or a system using pulleys and weights. The rod 5 is the movable jaw, the fixed jaw is marked 7 and the object (strip or wire) corresponds to the mark 6.
Pour une bande déformée en tors < n, il est facile, en utilisant en première approximation les formules établies dans le domaine élastique, d'effectuer la correspondance entre l'angle de rotation et la déformation de la bande en pourcentage et entre le couple de torsion appliqué et la contrainte. On peut ainsi utiliser les grandeurs déformation et contrainte indépendamment des dimensions de la bande.For a band deformed in tors <n, it is easy, by using as a first approximation the formulas established in the elastic domain, to make the correspondence between the angle of rotation and the deformation of the band in percentage and between the torque of applied torsion and stress. It is thus possible to use the deformation and stress quantities independently of the dimensions of the band.
Les valeurs numériques que nous allons donner concernent un alliage
Cuivre-Zinc-Aluminium ayant une température Af de 300C.The numerical values we are going to give relate to an alloy
Copper-zinc-aluminum having a temperature Af of 300C.
La déformation maximale que l'on peut induire au cours des cycles d'éducation peut atteindre une douzaine de pour-cent. Cependant il est préférable de se limiter à des valeurs inférieures à une dizaine de pour-cent. Pour une bande d'épaisseur 1 mm, de largeur 4 mm et de longueur 32 mm, une déformation de 10 % correspond à une rotation de 190 degrés.The maximum deformation that can be induced during the education cycles can reach a dozen percent. However, it is preferable to limit oneself to values of less than ten percent. For a strip 1 mm thick, 4 mm wide and 32 mm long, a deformation of 10% corresponds to a rotation of 190 degrees.
Le premier mode d'éducation a été mis en oeuvre à une température T1 fixe, comprise entre 40 et 60 C. A la fin du traitement d'éducation, la bande est portée à une température T2 de 1000C puis immédiatement refroidie.The first mode of education was implemented at a fixed temperature T1, between 40 and 60 C. At the end of the education treatment, the band is brought to a temperature T2 of 1000C and immediately cooled.
Le rendement d'éducation est de 50 %. Ce qui signifie que pour obtenir par exemple une forme basse température correspondant à une rotation de 50 degrés par rapport à la forme initiale, il faut induire au cours des cycles d'éducation une rotation de 100 degrés.The educational output is 50%. This means that to obtain for example a low temperature form corresponding to a rotation of 50 degrees with respect to the initial shape, it is necessary to induce during the education cycles a rotation of 100 degrees.
Si l'on met en oeuvre le deuxième type de cycle d'éducation, la
Figure 5 donne, pour une bande déformée en torsion, la déformation emax que l'on obtient en fonction de la contrainte ormax appliquée.If the second type of education cycle is implemented, the
Figure 5 gives, for a torsionally deformed band, the emax deformation obtained as a function of the applied ormax stress.
Après la montée à la température T2, la déformation plastique p, en fonction de. la contrainte G max appliquée est représentée sur la
Figure 6. After the rise to the temperature T2, the plastic deformation p, depending on. the constraint G max applied is represented on the
Figure 6.
Le rendement d'éducation est dans ce cas de 82 %. Si on effectue par exemple ce deuxième type de cycle d'éducation avec une contrainte de 20 MPa la déformation maximalt- max sera de 6,4 % (fig.5). La
forme basse température mémorisée correspondra donc, par rapport à la forme initiale, à une déformation de 5,2 70 (6,4 x 0,82) et la forme haute température à une déformation de 0,4 % (fig.6).In this case, the return on education is 82%. If, for example, this second type of education cycle is carried out with a stress of 20 MPa, the maximum-max distortion will be 6.4% (fig.5). The
The stored low temperature form will thus correspond, with respect to the initial form, to a deformation of 5.2 70 (6.4 x 0.82) and the high temperature form to a deformation of 0.4% (FIG.
Les valeurs numériques ne sont données ici qu'à titre d'exemple non
limitatif pour une bande déformée en torsion. Par la mise en oeuvre de la présente invention l'homme de l'art pourra facilement obtenir d'un objet en alliage à mémoire de forme, quel qu'il soit, la mémorisation réversible de deux formes basse et haute température bien déterminées.Numerical values are only given here as examples
limiting for a torsionally deformed band. By practicing the present invention, those skilled in the art will be able to easily obtain from any shape memory alloy object, whatever the nature, the reversible storage of two well-defined low and high temperature forms.
AVANTAGES PROCURES PAB L'INVENTION
Le procédé, objet de l'invention, peu être utilisé avantageusement pour conférer à un alliage à mémoire de forme l'effet mémoire réversible. Dans chacun des 2 cycles d'éducation décrits, on ne fait varier qu'un seul des deux paramètres température ou contrainte, l'autre restant constant, ce qui constitue la différence principale par rapport au procédé décrit dans EP 161952. On accroit ainsi sensiblement la facilité de mise en oeuvre et la rapidité du traitement d'éducation, ce qui est très précieux pour une utilisation industrielle.ADVANTAGES PROCURES PAB THE INVENTION
The method, which is the subject of the invention, can advantageously be used to confer on a shape memory alloy the reversible memory effect. In each of the two education cycles described, only one of the two temperature or stress parameters is varied, the other remaining constant, which constitutes the main difference with respect to the method described in EP 161952. This increases substantially ease of implementation and speed of education processing, which is very valuable for industrial use.
I1 est en outre très facile d'évaluer la valeur des paramètres température/contrainte à utiliser au cours des cycles d'éducation pour obtenir la mémorisation des formes haute et basse température, bien déterminées, précises, conformes à ce que l'on souhaite contenir, et parfaitement reproductibles sur des séries importantes d'objets. It is also very easy to evaluate the value of the temperature / stress parameters to be used during the education cycles to obtain the memorization of the shapes, high and low temperature, well determined, precise, in accordance with what one wishes to contain. , and perfectly reproducible on a large series of objects.
Ces formes sont stables dans le temps : grâce au traitement thermique à la température T2, les formes haute et basse température n'ont plus tendance à évoluer en cours d'utilisation. These forms are stable over time: thanks to the heat treatment at T2 temperature, the high and low temperature forms no longer tend to evolve during use.
La qualité de l'effet mémoire réversible résulte notamment du fait que, contrairement à l'art antérieur, le procédé ne met en jeu qu'une déformation plastique résiduelle de faible valeur (supérieure à un pourcent) au lieu d'exercer des contraintes mécaniques internes importantes, par déformation plastique. The quality of the reversible memory effect results in particular from the fact that, contrary to the prior art, the process only involves a residual plastic deformation of low value (greater than one percent) instead of exerting mechanical stresses. important internals, by plastic deformation.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8710496A FR2618163B1 (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | METHOD FOR EDUCATION OF A SHAPE MEMORY ALLOY OBJECT, ENSURING THE PRECISION AND STABILITY OF THE REVERSIBLE MEMORY EFFECT. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8710496A FR2618163B1 (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | METHOD FOR EDUCATION OF A SHAPE MEMORY ALLOY OBJECT, ENSURING THE PRECISION AND STABILITY OF THE REVERSIBLE MEMORY EFFECT. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2618163A1 true FR2618163A1 (en) | 1989-01-20 |
FR2618163B1 FR2618163B1 (en) | 1992-04-30 |
Family
ID=9353506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8710496A Expired - Fee Related FR2618163B1 (en) | 1987-07-15 | 1987-07-15 | METHOD FOR EDUCATION OF A SHAPE MEMORY ALLOY OBJECT, ENSURING THE PRECISION AND STABILITY OF THE REVERSIBLE MEMORY EFFECT. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2618163B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9273369B1 (en) | 2010-09-02 | 2016-03-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Thermomechanical methodology for stabilizing shape memory alloy (SMA) response |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3948688A (en) * | 1975-02-28 | 1976-04-06 | Texas Instruments Incorporated | Martensitic alloy conditioning |
FR2301602A1 (en) * | 1975-02-18 | 1976-09-17 | Raychem Corp | MECHANICAL PRECONDITIONING OF METAL ALLOYS |
EP0035069A1 (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-09 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Memory alloy based on Cu-Al or on Cu-Al-Ni and process for the stabilisation of the two-way effect |
EP0161952A2 (en) * | 1984-04-12 | 1985-11-21 | Souriau Et Cie | Process for inducing a state to an article, made from a memory shape alloy with two reversible memory states |
-
1987
- 1987-07-15 FR FR8710496A patent/FR2618163B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2301602A1 (en) * | 1975-02-18 | 1976-09-17 | Raychem Corp | MECHANICAL PRECONDITIONING OF METAL ALLOYS |
US3948688A (en) * | 1975-02-28 | 1976-04-06 | Texas Instruments Incorporated | Martensitic alloy conditioning |
EP0035069A1 (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-09 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Memory alloy based on Cu-Al or on Cu-Al-Ni and process for the stabilisation of the two-way effect |
EP0161952A2 (en) * | 1984-04-12 | 1985-11-21 | Souriau Et Cie | Process for inducing a state to an article, made from a memory shape alloy with two reversible memory states |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9273369B1 (en) | 2010-09-02 | 2016-03-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Thermomechanical methodology for stabilizing shape memory alloy (SMA) response |
US9476113B1 (en) | 2010-09-02 | 2016-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Thermomechanical methodology for stabilizing shape memory alloy (SMA) response |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2618163B1 (en) | 1992-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0864664A1 (en) | Process for producing a superelastic article from an alloy of nickel and titanium | |
EP0161952B1 (en) | Process for inducing a state to an article, made from a memory shape alloy with two reversible memory states | |
Nemat-Nasser et al. | Very high strain-rate response of a NiTi shape-memory alloy | |
FR2653449A1 (en) | TITANIUM ALLOY PIECE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME | |
FR2503188A1 (en) | MONOCRYSTALLINE SUPERALLIAGE WITH MATRIX MATRIX BASED ON NICKEL, PROCESS FOR IMPROVING WORKPIECES IN THIS SUPERALLIATION AND PARTS OBTAINED THEREBY | |
US20010028431A1 (en) | Eyeglasses and parts thereof made with specially processed NiTi shape memory alloy | |
FR2554130A1 (en) | PROCESS FOR TREATING TITANIUM ALLOYS | |
US20090139613A1 (en) | Hyperelastic shape setting devices and fabrication methods | |
CN102223964A (en) | Method for manufacturing a titanium part through initial forging | |
CA1102667A (en) | Process for enhancing the resistance of zirconium and its alloys to high temperatures | |
WO2005035817A2 (en) | Method of producing a flat zirconium alloy product, flat product thus obtained and a nuclear plant reactor grid which is made from said flat product | |
FR2618163A1 (en) | Process for education of an article made of alloy with shape memory, making it possible to ensure the precision and the stability of the reversible memory effect | |
FR2478675A1 (en) | STAINLESS STEEL WITH SPRING, TYPING TYPE BY PRECIPITATION | |
FR2493345A1 (en) | INTERRUPTED METHOD OF ALUMINUM ALLOY-BASED ALLOYS | |
EP0297004B1 (en) | Use of a process for improving the ductility of a product made from a martensitic transformation alloy | |
JPS62142752A (en) | Heat treatment of lithium-containing aluminum alloy | |
EP0792945B1 (en) | Process for heat treatment of a nickel-base superalloy | |
EP2635719B1 (en) | A metallic material having a graded elasticity | |
EP0382109B1 (en) | Process for treating a work piece made from a metallic shape memory alloy offering two states of reversible shape memory | |
CH677677A5 (en) | ||
Churakova et al. | Effect of thermocycling on the temperatures of phase transformations, structure, and properties of the equiatomic alloy Ti 50.0 Ni 50.0 | |
EP3009153B1 (en) | Orthodontics helical spring and method of production | |
FR2691983A1 (en) | Process for the thermal treatment of a nickel-based superalloy | |
Fu et al. | Study on the enhanced superplasticity of Mg-Li based alloy by a stepped deformation method | |
BE512625A (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse | ||
ST | Notification of lapse | ||
ST | Notification of lapse |