Contribution à l'étude du comportement pseudo-élastique d'un alliage bêta métastablePplications aux arcs orthodontiques

par Pascal Laheurte

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur. Sciences des matériaux

Sous la direction de André Eberhardt et de Marie-Jeanne Philippe.

Soutenue en 2003

à Metz .


  • Résumé

    Dans le biomédical, on apprécie certains alliages de titane pour leur biocompatibilié et leur faible module d'élasticité. En orthodontie, on recherche, en plus, une aptitude à la recouvrance de forme qui est très marquée dans les NiTi. Cependant, ces derniers alliages ont une ductilité réduite qui limite l'aptitude à la mise en forme et nécessite l'utilisation d'arcs préformés. L'alliage de titane métastable Bêta III, également utilisé en orthodontie, dans un état fortement écroui est un compromis acceptable entre ductilité, module d'élasticité apparent et recouvrance de forme. Ceci explique son succès depuis sa mise sur le marché dans les années 80. Par ailleurs, il ne contient pas de nickel et il est soudable. Son comportement pseudoélastique est le résultat d'un écrouissage induit par le procédé de mise en forme, ici le tréfilage. Dans ce travail nous avons étudié le rôle de la microstructure et des conditions de déformation sur l'effet pseudoélastique et recherché les moyens d'agir sur cette microstructure afin d'augmenter la déformation recouvrable et de diminuer le module apparent d'élasticité. L'étude a montré que la présence d'une deuxième phase a ou wisoth, résultant d'un traitement isotherme ou d'une vitesse de refroidissement insuffisante, dégrade toujours la ductilité et le comportement pseudoélastique de l'alliage. En revanche, pour un alliage trempé à partir d'une température supérieure au transus bêta, l'accroissement de la prédéformation plastique et de la taille moyenne de grains augmentent la déformation recouvrable et diminuent le module sécant en décharge de manière très sensible. En cumulant ces deux effets on obtient un comportement pseudoélastique plus marqué par rapport à l'état fortement écroui. L'amélioration des propriétés est attribuée à la réorientation des variants de la phase martensitique orthorhombique (a'') induite par la prédéformation. Toutefois, un grossissement du grain effectué à une température très supérieure au transus bêta induit une dégradation du comportement pseudoélastique. Cet effet est lié à une diminution de la concentration d'étain en surface et une oxydation de l'alliage qui limite la transformation de phase b ® a'' induite sous contrainte. De plus, la phase wath présente après trempe, ne semble pas avoir d'influence sur le comportement mécanique.

  • Titre traduit

    Optimization of the pseudoelastic behaviour of the beta titanium alloy : (application to orthodontic wire)


  • Résumé

    Titanium alloys are generally used in aeronautics for their excellent specific strength. In biomedical engineering titanium alloys are appreciated for showing usually biocompatibility and often a weak modulus of elasticity. In orthodontics, moreover, one seeks for aptitude of shape recovering which is very marked in NiTi. However, these last alloys have a reduced ductility that limits the aptitude for working and requires the use of preformed arc. Metastable titanium Beta III, currently marketed in a strongly hardened state is an acceptable compromise between ductility, apparent elasticity modulus and aptitude of shape recovering. This explains its success since its marketing in the Eighties. In addition, it does not contain nickel and it is weldable. It owes its properties to its pseudoelasticity, which is seldom exploited apart from orthodontics. This pseudoelasticity is the result of a work hardening induced by the working process, here wiredrawing. In this work we studied the role of the microstructure on the pseudoelastic effect and sought the means of acting on this microstructure to improve the pseudoelastic effect. The elaboration of these alloys, in addition to the problems involved in titanium, is made difficult by the high melting point of molybdenum. This is why we chose to start from products in the form of wire - available on the market - and to ignore the composition parameter in our study. Thus the only remaining optimisation parameters are the phases involved, the size of grain and the work hardening of the alloy. The study showed that the increase in the grain size and the predeformation significantly improve the pseudoelastic effect, whereas the presence of a second phase reduces or even cancels this effect. Moreover the alloy maintains a good ductility which makes it well suited to working.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (134 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 121-134

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