Aprés avoir présenté des microstructures telles que le twin ou le plan d'habitat, ce paragraphe xe comme objectif une présentation de microstructures plus complexes observées sur des alliages à mémoire de forme. Elles sont dites complexes car leur construction est une organisation spatiale de twins et/ou de plans d'habitat. Une première partie sera consacrée à une illustration non exhaustive de quelques microstructures. Une deuxième partie proposera un modèle géométrique pour certaines d'entre elles. En n, dans une troisième partie seront rappelés des résultats obtenus sur les microstructures de type wedge (coin) dans le cas des transformations cubique tétragonale et cubique orthorhombique.
3.7.1 Illustrations
Il existe de nombreuses microstructures martensitiques dans les AMF. A titre d'illustration, la gure 3.7.1 présente certaines de ces observations. Cette diversité se traduit aussi bien du point de vue de leurs formes que de leurs dimensions. En eet la taille d'une microstructure peut varier de quelques nanomètres à quelques centimètres, parfois pour un même matériau.
3.7.2 Wedge twinné
Le terme de wedge twinné désigne une microstructure en forme de coin constituée de deux twins de martensite dans l'austénite. Elle présente trois zones distinctes :
l'austénite I ;
une martensite twinnée (i : j) ; une martensite twinnée (k : l).
La gure 3.7.2-a représente une microstructure wedge twinné observée sur un AMF base cuivre ; la gure 3.7.2-b la schématise. Ainsi, cette microstructure est caractérisée par :
la compatibilité entre le twin (i : j) et l'austénite le long d'un plan d'habitat ; la compatibilité entre le twin (k : l) et l'austénite le long d'un plan d'habitat ;
la compatibilité entre le twin (i : j) et le twin (k : l). Le plan qui sépare les twins de martensite (k : l)et (i : j) est appelé midrib [62].
Le wedge est d'une grande importance dans les mécanismes de changement de phase des AMF. En eet, l'apparition de la martensite dans l'austénite se fait progressivement par la croissance et la multiplication de wedges. Les aspects théoriques liés à cette microstructure particulière seront développés dans la section 3.8.
3.7. MICROSTRUCTURES COMPLEXES 49
Figure 3.7.1 Exemples de microstructures martensitiques. (a) microstructure wedge dans un AMF CuAlNi [116] ; (b) plusieurs wedges dans un AMF CuAlNi [121] ; (c) microstructure X dans un AMF CuAlNi [111] ; (d) microstructure X dans un AMF InT h [14] ; (e) mi- crostructure crossing twin dans un AMF CuZnAl [2] ; (f) microstructure chevron dans un AMF CuAlNi [116].
Figure 3.7.2 (a) Microstructure wedge twinné dans un CuAl14,2N i4,2 (% massique) [116].
(b) Modèle.
3.7.3 Microstructure crossing twins
Le terme de crossing twin désigne une microstructure constituée de quatre variantes de martensite i, j, k et l. Elle a été observée dans de nombreux alliages à mémoire de forme, en particulier sur des alliages base titane et base cuivre [17], [59]. La gure 3.7.3 représente deux crossing-twins. Cette microstructure a été étudiée dans [17] et [59]. La modélisation d'un crossing twin se traduit par l'écriture d'un système de quatre équations régissant la compatibilité entre les quatre gradients de déformation pris deux à deux. Le lecteur intéressé par une étude complète de ces microstructures pourra se reporter notamment à la référence [17]. Un empilement périodique de crossing twins crée une microstructure de type chevron (voir gure 3.7.1-f).
Figure 3.7.3 Deux microstructures crossing twin observées sur un alliage CuZn14,6Al16 (%
3.7. MICROSTRUCTURES COMPLEXES 51
3.7.4 Microstructure X
Cette microstructure présente la particularité, comme le montre la gure 3.7.4, de faire cohabiter l'austénite et une seule variante de martensite (notée ici i), par l'intermédiaire de deux zones de martensite twinnée. La gure 3.7.4-b donne une représentation géométrique d'une microstructure X. La lettre X désigne une microstructure constituée de :
l'austénite I ;
une martensite twinnée (i : j) ; une martensite twinnée (i : k) ; une martensite i.
Il faut noter que la zone univariante i entre dans la composition des deux martensites twinnées (i : j)et (i : k). La gure 3.7.4-a propose une illustration de la microstructure X. Cette dernière a été décrite et observée pour la première fois par Basinsky Z.S. et Christian J.W. (voir la référence [14]). Le lecteur intéressé pourra consulter les références [115, 114, 111] pour plus de précisions sur cette microstructure.
(a) Microstructure X dans
un alliage CuAlNi [111]. (b) Schématisation d'une microstructure en X .
Figure 3.7.4 Microstructure X : micrographie optique et modèle géométrique.
3.7.5 Autres microstructures complexes
Il existe de nombreuses autres microstructures martensitiques observées dans les AMF. Il su t d'eectuer une simple observation au microscope pour voir la grande variété de motifs combinant plans d'habitat et plans de twinnage. La gure 3.7.5 donne une représentation schématique de certaines microstructures caractéristiques :
le wedge non twinné (voir la gure 3.7.5-a). Cette microstructure est possible si l'austénite est directement compatible avec une seule variante de martensite (voir section 3.6.1). Ce type de microstructure a été observé sur des alliages CuAlZn [103] ;
le wedge de martensite (voir la gure 3.7.5-b). C'est une microstructure composée uniquement de trois variantes de martensite (sans présence d'austénite). Elle est observée et décrite dans la référence [111] ;
la microstructure dite λ (voir la gure 3.7.5-c). Elle a été observée dans un alliage CuAlNi [111]. Cette microstructure s'apparente à la microstructure en X, à la diérence près qu'elle
implique 4 variantes de martensite au total (contrairement à la microstructure X qui en implique 3) ;
la microstructure dite triangle (voir la gure 3.7.5-d). C'est une inclusion de trois zones de martensite twinnées dans l'austénite. Cette microstructure croît à partir d'un point dans l'austénite. Elle a été observée dans des AMF à base titane. Le lecteur intéressé pourra se reporter à la référence [56].
Figure 3.7.5 Autres microstructures martensitiques. (a) wedge non twinné (b) wedge de mar- tensite. (c) microstructure λ . (d) microstructure triangle .
Le tableau 3.3 propose une liste, certainement non exhaustive, des principales microstructures observées et répertoriées dans la littérature.
Microstructure Type de Références
observée transformation bibliographiques
Wedge twinné Orthorhombique [15]
Tétragonale [15]
Monoclinique face diagonal [58] Wedge non twinné Monoclinique cubic axis [103]
Wedge de martensite Orthorhombique [111]
Crossing twins Orthorhombique [59], [15]
X Orthorhombique [111], [115], [14]
λ Orthorhombique [111]
Triangle Orthorhombique [56], [41]
Table 3.3 Tableau associant les principales microstructures observées aux diérents types de transformations.
Cette section s'est employée à présenter un certain nombre de microstructures avec pour objec- tif, de mettre en évidence une certaine diversité des microstructures possibles. Pour plus d'infor- mations, le lecteur pourra se reporter aux références suivantes : [15, 16, 102, 17, 56, 96, 55, 57, 58, 62, 60, 59, 97, 18, 10, 111, 109]. La section suivante détaille l'une d'entre elles : le wedge twinné.