Plasticité en mise en forme - Rappels de base, faits expérimentaux

La mise en forme à l’état solide des matériaux métalliques repose sur leur capacité à subir de grandes déformations irréversibles, dites « plastiques », à partir d’un certain niveau de contraintes. Cette capacité n’est limitée que par les phénomènes d’« endommagement » et de « rupture ».

L’objectif de cet article est donc de présenter le jeu d’équations décrivant le champ de vitesses v et de contraintes σ, lors de l’écoulement plastique des matériaux métalliques dans les divers procédés du type laminage, forgeage, tréfilage, étirage, emboutissage, usinage...

La théorie de la plasticité permet en effet d’analyser le comportement du métal à trois échelles :

• à l’échelle globale du procédé :

  • évaluation des forces et énergie nécessaires,

  • étude de la morphologie de l’écoulement et de l’évolution géométrique de la pièce,

  • évaluation des limites du procédé (réductions maximales possibles),

  • évaluation de la forme des surfaces libres et des risques de défauts (bords en « os de chien » en laminage de tôles épaisses, défauts de remplissage de gravures profondes ou de replis en forgeage à chaud...) ;

• à l’échelle locale de l’élément de matière supposé continu et homogène :

  • évaluation des champs de contrainte et de déformation (voire de température) qui conditionnent la qualité du produit final : microstructure, propriétés mécaniques, contraintes résiduelles, endommagement (fissures),

  • évaluation des risques d’apparition d’hétérogénéités très localisées par localisation de l’écoulement (bandes de cisaillement) ou par apparition d’instabilités mécaniques initiant la rupture ;

• à l’échelle microscopique :

  • compréhension de l’évolution des éléments de la microstructure : inclusions et porosités internes,

  • modélisation de l’évolution de la rugosité du métal conditionnant l’aspect esthétique de la pièce et l’intensité du frottement et de l’usure de l’outil.

De plus, afin de bien comprendre ses capacités au niveau de l’analyse et de l’interprétation des essais mécaniques « complexes », le lecteur pourra se rapporter aux dossiers suivants :

• essais de dureté [M 4 154] à [M 4 157] et de compression [BM 7 531] utilisés pour identifier la rhéologie du métal et son frottement sur les outils ;

• essais de formabilité [M 3 180] et [M 601].

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Notations et symboles