Study of the Thermomechanical Behavior of the Nickel-Titanium Shape Memory Alloy after Nanocrystallization Treatment
Etude du comportement thermomécanique de l'alliage à mémoire de forme Nickel-Titane après traitement de nanocristallisation
Résumé
The objective of this study is to analyze the effect of a surface nanocrystallization treatment, namely SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment), on a NiTi type shape memory alloy (Ti-50.0 at.% Ni). Initially, an analysis of the thermomechanical behavior and microstructural state of the untreated alloy was conducted. Differential Scanning Calorimetry (DSC) tests were performed to calibrate the heat treatment to be applied to the raw samples. Heat treatments were carried out at different temperature levels and durations to determine an optimal annealing state in terms of phase transformation. This optimum appears to be achieved at a temperature of 700°C for a 2-hour annealing duration.
Subsequent thermomechanical characterization tests involving imaging techniques such as infrared thermography and visible imaging were implemented. The measurement of thermal fields, combined with displacement field measurement using image correlation techniques during the tests, allows for the characterization of the phase transformation phenomenon in relation to mechanical response. The objective is to study the influence of the SMAT treatment on the evolution of phase transformations and to evaluate the contribution in terms of mechanical strength of the alloy after nanocrystallization treatment.
A detailed microstructural characterization was also carried out before and after the SMAT treatment to study, on the one hand, the influence of such a mechanical treatment on the microstructure of the SMATed NiTi alloy, and on the other hand, its mechanical response. Thus, observations using an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) were performed.
This series of characterizations allows for the characterization of the initial state of the microstructure, and the experimental protocol used in this work provides a detailed insight into the thermomechanical properties of the studied alloy.
L’objectif de la présente étude est d’analyser l’effet d’un traitement de nanocristallisation
superficiel de type SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) sur un alliage à mémoire de forme de type NiTi (Ti–50.0 at.% Ni). Pour cela, dans un premier temps, une analyse du comportement thermomécanique et de l’état microstructural de l’alliage sans traitement est menée. Des tests de DSC (Differential Scanning Calorimetry) ont été réalisés afin de calibrer le traitement thermique à appliquer aux échantillons bruts. Les traitements thermiques ont été menés à différents niveaux de températures et différents temps afin d’en tirer un état de recuit optimal en termes de transformation de phase. Cet optimum semble atteint pour une température de 700°C et pour une durée de recuit de 2 heures.
Des essais de caractérisation thermomécanique mettant en œuvre des moyens d’imagerie comme la thermographie infrarouge et l’imagerie visible ont ensuite été mis en place. La mesure de champs thermiques menée conjointement à la mesure de champs de déplacement par des techniques de corrélation d’images lors des essais, permettent de caractériser le phénomène de transformation de phase en lien avec la réponse mécanique. L’objectif est d’étudier l’influence du traitement SMAT sur l’évolution des transformations de phases, et d’évaluer l’apport en termes de résistance mécanique de l’alliage après traitement de nanocristallisation.
Une caractérisation microstructurale fine a également été réalisée avant et après traitement SMAT afin de pouvoir étudier d’une part, l’influence d’un tel traitement mécanique sur la microstructure de l’alliage NiTi SMATé, et d’autre part, sur sa réponse mécanique. Ainsi, des observations à l'aide d'un microscope optique (MO) et du microscope électronique à balayage (MEB) ont été effectués.
Cette série de caractérisations permet de caractériser l'état initial de la microstructure et le protocole expérimental utilisé dans ce travail permet d'avoir une vision fine des propriétés thermomécaniques de l’alliage étudié.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|