Même s’il est très élastique, le nitinol a ses limites en termes de déformation. Sous-traitant expert en la matière, AMF nous explique que son utilisation est conditionnée à un calcul de dimensionnement en phase d'étude.

Par Philippe Marx, ingénieur matériaux, gérant de la société AMF.

Si 90 % des applications du nitinol concernent le médical, 90 % de ces applications médicales exploitent la super-élasticité de l'alliage plutôt que sa mémoire de forme. Premier débouché en terme de chiffre d'affaires, l'instrumentation dentaire utilise la souplesse du nitinol pour suivre le canal de la dent jusqu’au bout de la racine sans risque de percer son propre trou.

Quand on déforme une lame ou un fil, le changement de rayon de courbure provoque un champ de déformation dans le matériau (voir l'illustration). La fibre neutre en rouge garde la même longueur. En revanche, la fibre externe s’allonge tandis que la fibre interne se comprime. Le calcul du changement de longueur de cette fibre permet le calcul du taux de déformation de l’alliage.

Tout calcul fait, on arrive à la formule suivante, qui permet de calculer le rayon de courbure final R2 obtenu sur une lame d’épaisseur E en partant d’un rayon de courbure initial R1, et en se limitant à une déformation ε (en écrivant 0,05 pour 5% par exemple) :

Si la lame est droite initialement (R1=∞), la formule devient :

Le taux de déformation que l'on peut demander à un fil ou une lame de nitinol dépend du nombre d'utilisations prévues.

Jusqu'à 9 % de déformation dans le meilleur des cas
En dessous de 5 cycles, il est possible d’utiliser l’alliage au maximum de ses capacités de déformation, soit classiquement à 5 %. On peut atteindre 9 % pour un fil très fin (diamètre < 0,5 mm) sur un seul cycle et dans des conditions de déformation particulières.

Pour une centaine de cycles, la déformation est limitée à 3 % et des essais seront déjà nécessaires. Il est en effet malheureusement fréquent que le calcul ne prenne pas en compte des concentrations de contraintes, synonymes de grandes déformations localisées.

Pour des milliers, voire des millions de cycles d’utilisation, le problème est beaucoup plus compliqué. Il faut se limiter à environ 1 %, mais cela ne résout pas tout. D’autres facteurs, comme les concentrations de contrainte mais aussi l’état de surface, vont influer sur la tenue en fatigue. En effet, la moindre rayure de surface sollicitée en déformation à 1 % est susceptible de provoquer une rupture. Des essais en fatigue sont alors indispensables.

En tout cas, le nombre de cycles prévu détermine un taux de déformation maximum, et donc un rayon de courbure à ne pas dépasser pour une épaisseur de lame ou de fil donnée.

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