Multiscales analysis of stress induced martensitic transformation in the shape memory alloys: microstructure-stresses correlation

Analyse multiéchelles de la transformation martensitique induite par contrainte dans les alliages à mémoire de forme: corrélation contraintes-microstructure

Belkhiri Kaouache

In order to understand the microstructure-properties relationship and describe the principal mechanisms at the origin of the various classes of materials behavior, several multi-scales models have been proposed. These approaches establish the generation of a very strong heterogeneity of the stress field on the material during the mechanical loading. On the polycrystals materials this heterogeneity exists even in the case of the uniaxial loading. This work contributed to develop an original experimental protocol making it possible to achieve internal stresses analyzes on the grain scale in the polycrystal. Suggested approach combines various analyzes techniques: microstructural observations, in situ mechanical characterization, stresses analyzes by x-rays diffraction (XRD). This work has been applied on the Cu-Al-Be superelastic Shape Memory Alloy (SMA). Several original results were obtained. Some allowed refining the stresses analysis techniques in two-phase materials and to propose classifications of the transformation modes in the Cu-Al-Be SMA, but the majority contributed to better understand the variants martensite selection mechanisms in the shape memory alloys or to highlight the role of some parameters as grain size, elastic anisotropy or the effect of a mechanical cycling.

Les relations microstructure-propriétés sont au coeur de l'utilisation des matériaux modernes. Pour comprendre ces relations, des efforts considérables ont été réalisés au cours de ces dernières décennies pour identifier et décrire les principaux mécanismes à l'origine des différentes classes de comportement des matériaux. Les approches multiéchelles établissent la formation d'une très forte hétérogénéité du champ de contrainte à l'intérieur du matériau et cela même dans le cas de sollicitations imposées simples (traction uniaxiale) appliqués sur des matériaux macrohomogènes (polycristaux). Ce travail de thèse a contribué à mettre au point une méthodologie expérimentale originale permettant d'accéder à des informations de contraintes locales à l'échelle du grain dans le polycristal. L'approche proposée, combine différentes techniques d'analyses: observations microstructurales, caractérisation mécanique in situ, analyse de contrainte par diffraction des rayons X (DRX). Le travail a été réalisé sur un Alliage à Mémoire de Forme (AMF) superélastique de type Cu-Al-Be. De nombreux résultats tout à fait originaux ont été obtenus. Certains ont permis d proposer des classifications des modes de transformation et ont conduit à affiner les techniques d'analyse de contrainte dans les matériaux biphasés, mais la plupart ont permis de mieux comprendre les mécanismes de sélection des variantes de martensite dans les alliages à mémoire de forme ou ont mis en évidence l'importance de paramètre comme la taille de grain, l'anisotropie élastique ou encore l'effet d'un cyclage mécanique.

Mots clés: Shape memory alloy; Internal stresses; X-ray diffraction; Stress induced martensitic transformation; Microscopy

Mots clés: Alliage à mémoire de forme; Contraintes internes; diffraction des rayons X; Transformation induite par contrainte; Microscopie

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Belkhiri Kaouache. Multiscales analysis of stress induced martensitic transformation in the shape memory alloys: microstructure-stresses correlation. Engineering Sciences [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2006. English. ⟨NNT : 2006ENAM0034⟩. ⟨pastel-00002209⟩