1 . 1 . 2  -  Les températures de transformation

La transformation martensitique n’a pas lieu à température constante. Elle débute au refroidissement à une température appelée Ms (martensite start) et est complète à la température Mf (martensite finish) entre ces deux températures, il y a coexistence des deux phases (transformation du 1er ordre). À température croissante, la transformation inverse débute à une température As (austenite start) pour devenir complète à une température Af (austenite finish) qui est plus élevée que Ms. La différence entre ces deux températures induit l’existence d’une hystérésis [8 (8) Gotthard R, Lehnert T, Alliages à mémoire de forme. In : Traité des matériaux n°19 : Matériaux émergents,.Lausanne : Presses polytechniques et universitaires romandes ; 2001 : 81-105.].
La particularité des transformations martensitiques des NiTi est de présenter un caractère thermoélastique : la croissance des plaquettes de martensite est contrôlée par l'évolution de la température. À température constante entre Ms et Mf, les interfaces de martensite-austénite sont immobiles, une modification de la température dans un sens ou dans l'autre fait déplacer ces interfaces vers la structure correspondante.

La figure 2 illustre les caractéristiques physiques de la transformation martensitique apparaissant dans les alliages à mémoire de forme. Les paramètres significatifs tels que les températures de transformation, l’étalement et l’hystérésis de la transformation y sont représentés.

Figure 2 - Paramètres significatifs de la transformation martensitique
Mf : martensite finish, As :austenite start, Ms :martensite start, Af : austenite finish, Md : martensite deformation.

Les propriétés finales du NiTi dépendent des températures auxquelles ces transformations de phase se produisent pendant le chauffage ou le refroidissement. Ces températures clés sont dépendantes de la composition chimique (rapport nickel/titane, alliages ternaires NiTiX) et de la microstructure donc du passé thermomécanique de l’alliage (écrouissage, tréfilage, usinage, recuit …). Elles sont obtenues expérimentalement par la mesure de toute propriété sensible à la structure : résistivité électrique, dilatomètrie, analyse calorimétrique différentielle (DSC), frottement intérieur [voir 6,9 (9) Jordan L, Chandrasekaran M, Masse M, Bouquet G, Study of the phase transformations in Ni-Ti based shape memory alloys, J Phys IV. 1995, 5 : 489-494.]...

Figure 3 - Diagramme de DSC d’un arc orthodontique NiTi présentant les pics caractéristiques de la transformation martensitique
A : Austénite ; M : Martensite

1 . 1 . 3  -  Structures des différentes phases

On peut observer 2 types de transformations de phase dans les Ni-Ti :

- Austénitique ⇔ Martensitique
Dans certaines conditions, une troisième phase, intermédiaire, peut être impliquée dans la transformation martensitique :
- Austénitique ⇔Phase-R ⇔ Martensitique

Différentes techniques d’analyse structurale (MET, rayons X...) ont permis de déterminer les structures de l’austénite, de la martensite et de la phase-R [10 (10) Goo E, Sinclair R, The B2 to R transformation in Ti50Ni47Fe3 and Ti49,5Ni50,5 alloys. Acta Met. 1985, 33(9) : 1717-1723.,11 (11) Buhrer W, Zolliker M, Gotthard R, Crystal structures of the shape memory alloy NiTi : comments on recent publications in Acta Metall Mater. Scripta Met. 1992, 26 : 1149-1151.] :
- La structure de l’austénite résulte de l’imbrication de deux réseaux cubiques simples et décalés d’une demi-diagonale du cube, occupés respectivement par des atomes de Ni et de Ti. Cette structure est appelée de type B2 (Figure 4).
- La structure de la martensite est plus complexe. La structure la plus courante est monoclinique, elle est dite de type B19' (Figure 4).
- La phase supplémentaire, appelée phase-R peut, dans certaines conditions, précéder l’apparition de la phase martensitique. Cette phase-R est de symétrie rhomboédrique.

Figure 4 - Structures de l’austénite et de la martensite d’un alliage NiTi
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