Université Badji Mokhtar Université Badji Mokhtar Annaba Annaba Laboratoire d’Elaboration et d’Analyse des Matériaux -1-

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1 Université Badji Mokhtar Université Badji Mokhtar Annaba Annaba Laboratoire d’Elaboration et d’Analyse des Matériaux -1-

2 V- Le coefficient de réflexion R(θ) III- La propagation des ondes dans un matériau isotrope I- La microscopie acoustique VI- La signature acoustique V(z) IV- Les paramètres élastiques -2--2- Caractéristiques générales de l’alliage étudié TiNi II- Description de la technique utilisé

3 II- Modélisation du coefficient de réflexion R(θ) I- Détermination des vitesses de propagation par la technique ultrasonore III- Modélisation de la signature acoustique V(z) -3--3- IV- Détermination de la vitesse de Rayleigh V R V- Détermination des paramètres élastiques

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5 Généralement, les techniques de caractérisations acoustiques sont utilisées en science des matériaux afin de suivre les modifications structurales d’un matériau et d’en déduire ses propriétés élastiques. L'objet du présent travail a pour but la caractérisation non destructive de l'alliage à mémoire de forme TiNi équiatomique soumis à différents traitements thermiques. en se basant principalement sur la technique de la microéchographie. -5--5-

6 Ce travail consistera donc à la: - Détermination des vitesses V L et V T par des mesures ultrasonores - Modélisation du coefficient de réflexion R(θ) - Modélisation de la signature acoustique V(z) - Détermination de la vitesse de Rayleigh et par suite les propriétés élastiques du matériau étudié. -6--6-

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8 La microscopie acoustique est une technique de Contrôle Non Destructif qui utilise les ondes ultrasonores dans la gamme de fréquence allant du MHz au GHz. Cette technique se distingue de la microéchographie par l’utilisation d’un faisceau focalisé par une lentille sphérique, ce qui lui confère une bonne résolution latérale et longitudinale. Elle se distingue également par le type du signal électrique fourni au capteur et traité par la chaîne de mesures de réception. -8--8-

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10 -10- Figure 1: Vu globale de la technique acoustique utilisée

11 -11- Figure 2: Schéma du capteur acoustique en mode de réflexion

12 Les différents vitesses qui se propagent dans les matériaux sont déterminés selon les relations suivantes : Les ondes longitudinales : - Les ondes longitudinales : -12- (1) Les ondes transversales : - Les ondes transversales : (2) - Les ondes de Rayleigh : (3)

13 -13- (4) (5) (7) - Le module de Young : - Le module de cisaillement : - Le coefficient de Poisson :

14 -14- Figure 3: Représentation géométrique de la réflexion/transmission à l’interface liquide/solide (10)(11) (12) (9) Liquide Solide

15 Le coefficient de réflexion R(θ) relie l’amplitude de pression de l’onde réfléchie à l’amplitude de pression de l’onde incidente. L’expression du pouvoir réflecteur a été donnée par Schoch dans le cas uniquement d’un matériau massif. Généralement, le coefficient de réflexion R(θ) est souvent considéré comme une fonction des impédances acoustiques et s’exprime alors par : -15- (13)

16 -16- Figure 4: Signature acoustique V(z) de l'alliage Ti 50 Ni 50 (F = 30 MHz, couplant "eau", e=1,98 mm).

17 A partir de la signature acoustique on peut calculer la vitesses de Rayleigh selon l’expression : L'expression de la signature acoustique est donnée par Sheppard et Wilson : -17- (15) (14)

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19 L’alliage "Titane-Nickel", présente la propriété de l’effet mémoire de forme pour des compositions proches de la composition équiatomique. Cet alliage, (communément appelé Nitinol), a été le premier alliage fabriqué industriellement en 1969 par la société Raychem pour des applications dans le domaine de l’aéronautique militaire. Actuellement, les alliages à base TiNi sont les plus développés commercialement car ils présentent une bonne combinaison entre les propriétés de mémoire de forme et des performances fonctionnelles élevées. -19-

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22 -22- Figure 5: Principe de mesure expérimental (Ti 50 Ni 50, F = 30 MHz, couplant "eau", e=1,98 mm)

23 -23- V L (m/s)V T (m/s)ρ (kg/m 3 ) eau150001000 V L (m/s)V T (m/s)ρ (kg/m 3 ) Brut de réception5165,983616.186500 Après polissage5165,983616.18

24 -24- N° TraitementsV L (m/s)V T (m/s)ρ (kg/m 3 ) 1 Homogénéisation [30min à 820°C] 4863,663404,56 6500 2 50 cycles [entre -40°C et +100°C] 4889,633422.74 3 Chauffage [maintien 5min à -40°C puis retour à la température ambiante] 4859,443401.60 4 Refroidissement [maintien 5min à 100°C puis retour à la température ambiante] 4859,443401.60

25 -25- Figure 6: Evolution du coefficient de réflexion de l’alliage Ti 50 Ni 50 (Brut de réception) (F = 30 MHz, couplant "eau", e = 1,98 mm)

26 -26- Figure 7: Représentation de la phase (a) et de l’amplitude (b) du coefficient de réflexion de l’alliage Ti 50 Ni 50 pour les différents traitements thermiques. (F = 30 MHz, couplant "eau", e=1,98 mm).

27 Figure 7: Zoom de l’amplitude du coefficient de réflexion de l’alliage Ti 50 Ni 50 pour les différents traitements thermiques. 23,5 < θ < 26 (F = 30 MHz, couplant "eau", e=1,98 mm) - 27-

28 -28- Figure 8: Signature acoustique V(z) de l'alliage Ti 50 Ni 50 Brut de réception (F = 30 MHz, couplant "eau", e = 1,98 mm)

29 -29- ∆ z Figure 9: Signature acoustique V(z) de l'alliage Ti 50 Ni 50 pour les différents traitements (F = 30 MHz, couplant "eau", e = 1,98 mm)

30 les vitesses de Rayleigh sont calculés selon deux relations : ** V R (1) : ** V R (1) : Vitesse de Rayleigh calculée à partir de la relation de Viktorov. ** V R (2) : ** V R (2) : Vitesse de Rayleigh mesurée à partir de l’angle critique θ R, (déterminé à partir de la courbe de R (θ)). On utilise alors la loi de Snell-Descartes: -30- (16) (3)

31 -31- EchantillonV L (m/s)V T (m/s) V R (m/s) (1) Viktorov V R (m/s) (2) Snell-Descartes Brut & poli5165,983616.183099,583169.10 ° Traitements V L (m/s)V T (m/s) V R (m/s) (1) Viktorov V R (m/s) (2) Snell-Descarte 1 Homogénéisation 4863,663404,562893,872986,46 2 50 cycles 4889,633422,742909,323004,54 3 Chauffage 4859,443401,602891,392942,71 4 Refroidissement 4859,443401,602891,392942,71

32 -32- Echantillons V L (m/s)V T (m/s)E (GPa) G (GPa)5165,983616,18173,4684,99 Traitement 1 4863,663404,56153,7575,34 Traitement 2 4889,633422,74155,4076,14 Traitements 3 et 4 4859,443401,60153,4975,21

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34 - Nous avons déterminé les différentes vitesses de propagations des ondes longitudinales et transversales par la technique de microéchographie du matériau TiNi (AMF) brute et ayant subit différents traitements pour: - modéliser le coefficient de réflexion R(θ) et la signature acoustique V(z). - déterminer la vitesse de Rayleigh V R selon la loi de Snell- Descartes. - comparer V R obtenue avec celui de la relation de Viktorov - détermination des paramètres élastiques E, G du matériau. -34-

35 Effectuer des mesures ultrasonores "in-situ" en phase austénitique, martensitique et en phase "R", afin de mettre en évidence l'effet des traitements que subit le matériau sur la propagation des ondes ultrasonores et en déduire les variations des propriétés mécaniques qui en découlent. -35-

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