Transformation de phase et comportement de déformation du NiTi

Scientific Reports volume 6, Numéro d'article : 23905 (2016) Citer cet article

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Les fils NiTi ont été brasés ensemble via une réaction eutectique entre la poudre de NiTi et de Nb déposée au niveau de la région de contact du fil. La transformation de phase et le comportement de déformation de la microstructure eutectique NiTi-Nb ont été étudiés à l'aide de microscopie électronique à transmission (TEM) et d'essais de chargement-déchargement cycliques. Les résultats montrent que la phase R et la transformation martensite B19' sont induites par déformation plastique. La transformation de phase R, qui contribue de manière significative à la superélasticité, se produit préférentiellement aux interfaces entre NiTi et la région eutectique. Des phases rondes riches en Nb avec des eutectiques de type bâtonnet et lamellaire sont observées dans les régions eutectiques. Ces phases semblent affecter le comportement de déformation de la région brasée NiTi-Nb via cinq étapes distinctes dans les courbes contrainte-déformation : (I) réorientation de la phase R, (II) transformation de la phase R à partir de la phase mère, (III) déformation élastique de la martensite réorientée. accompagnée de la déformation plastique de la phase riche en Nb et de l'eutectique lamellaire NiTi-Nb, (IV) transformation martensitique B19 'et (V) déformation plastique de l'échantillon.

Les alliages NiTi sont largement utilisés comme alliages à mémoire de forme (SMA) dans les domaines biomédicaux en raison de leur excellent effet de mémoire de forme, de leur superélasticité, de leur faible rigidité et de leur bonne biocompatibilité1,2,3. Grâce aux transformations de phase (c'est-à-dire B2 → R/B2 → B19′) survenues dans les alliages NiTi, qui sont responsables de la présentation à la fois d'un effet de mémoire de forme et d'une superélasticité. Les transformations de phases précitées dépendent de leur composition et du traitement thermomécanique. Récemment, les NiTi SMA contenant du Nb ont suscité un intérêt considérable en raison de leur large hystérésis de transformation et de leur bon effet de mémoire de forme. Et il est important de comprendre la transformation de phase liée à l’effet mémoire de forme dans l’alliage TiNiNb. Kim et al.4 ont rapporté que seule la transformation de phase B2 en B19 '(M) est observée dans les alliages NiTi recuits quasi équiatomiques. D'autre part, la transformation de phase B2 → R a lieu dans un alliage NiTi quasi-équiatomique en raison de l'inhomogénéité induite par les précipitations dans la composition et dans les champs de contraintes internes de la matrice4. Il a été constaté que des phases martensitiques ou austénitiques sont obtenues dans l'alliage NiTi-Nb pour une large plage de température lors des traitements thermomécaniques5. Hao et al.6 ont signalé une déformation élastique importante et une résistance élevée dans le Ni41Ti39Nb20 en vrac (at.%), résultant de la transformation de phase B19' induite par la contrainte lors de la déformation en traction. Il a été rapporté dans les SMA Ni-Ti que toutes les transformations de phase vers et depuis la phase B19 'sont isothermes et que les autres transformations de phase entre B2 → R et B2 → B19 sont athermiques7. Ceux-ci pourraient guider la compréhension de la transformation de phase dans les SMA TiNiNb. Sur la base des résultats de la littérature, plusieurs facteurs influencent la transformation de la matrice B2 en phase R dans l'alliage TiNiNb. Par exemple, l’inhomogénéité de la matrice provoque une transformation de phase B2 → R8. L'ajout d'un élément d'alliage, tel que Fe9 ou Al10, provoque également la transformation de phase B2 → R.

Des études systématiques ont été menées sur la transformation martensitique induite par la contrainte et son processus de réorientation dans TiNi et TiNiNb11,12,13. On pense que l’altération de l’énergie élastique interne et une augmentation de l’énergie irréversible lors de la déformation, accompagnant la réorientation de la martensite, contribueraient à la stabilisation martensitique dans les alliages NiTi quasi équiatomiques14. Lin et al.15 ont découvert que les dislocations et les lacunes créées lors de la déformation pouvaient améliorer la stabilisation martensitique. Pour le Ni47Ti44Nb9 SMA, la phase eutectique douce β-Nb formée pendant le processus de solidification stabilise efficacement la phase austénitique en absorbant une énergie de déformation importante lors de la formation de martensite induite par une contrainte. Ainsi, l’hystérésis de température de transformation du NiTi-Nb SMA s’élargit16. Au début de la déformation plastique, la phase β-Nb détend l’énergie de déformation élastique de la phase matricielle B2, retardant ainsi le processus de transformation martensitique16. D'une manière générale, la transformation de phase martensite et sa réorientation sont considérées comme les facteurs clés de l'amélioration de l'effet mémoire de forme et de la superélasticité des alliages NiTiNb.