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RÉSUMÉ
La ductilité est l'aptitude d'un matériau à subir une déformation irréversible sans se rompre. Ainsi, dans le contexte de la mise en forme des métaux, la ductilité est une propriété qu'il est très important de connaître, de contrôler et, éventuellement, de modifier. Dans la plupart des cas, comme par exemple en traction uniaxiale, la ductilité est limitée par deux facteurs pouvant combiner leurs effets : l'instabilité et l'endommagement. Le premier d'entre eux, qui peut revêtir des formes très diverses suivant la géométrie de l'échantillon et la sollicitation imposée (par exemple, striction diffuse ou localisée), joue un rôle prédominant dans le cas des produits plats (emboutissage des tôles). En revanche, l'endommagement est le principal facteur limitant la ductilité dans les produits massifs.
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Frank MONTHEILLET : Ingénieur Civil des Mines, Docteur ès Sciences - Directeur de Recherche au CNRS, École des Mines de Saint-Étienne, Centre science des matériaux et des structures, CNRS UMR 5146-Plasticité, endommagement et corrosion des matériaux
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Laurent BRIOTTET : Ingénieur Civil des Mines, Docteur en Science et Génie des Matériaux - Ingénieur au CEA LITEN, DTH, Grenoble
INTRODUCTION
On nomme ductilité l'aptitude d'un matériau à subir une déformation irréversible sans se rompre. Ainsi, dans le contexte de la mise en forme des métaux, la ductilité est une propriété qu'il est très important de connaître, de contrôler et, éventuellement, de modifier.
Dans la plupart des cas, comme par exemple en traction uniaxiale, la ductilité est limitée par deux facteurs pouvant combiner leurs effets : l'instabilité et l'endommagement. Le premier d'entre eux, qui peut revêtir des formes très diverses suivant la géométrie de l'échantillon et la sollicitation imposée (par exemple, striction diffuse ou localisée), joue un rôle prédominant dans le cas des produits plats (emboutissage des tôles).
En revanche, l'endommagement est le principal facteur limitant la ductilité dans les produits massifs.
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7. Ductilité et fragilité à haute température
Nous nous limiterons ici, comme dans le reste de l'article, au cas de la mise en forme, laissant de côté les problèmes spécifiques au fluage.
Dans le domaine des hautes températures, l'endommagement dû à la présence d'inclusions est généralement limité par les mécanismes de restauration ou de recristallisation dynamiques, qui réduisent les concentrations de contraintes et peuvent même reboucher des microcavités déjà formées.
En revanche, aux faibles vitesses de déformation, rencontrées, par exemple, dans le procédé de coulée continue (cintrage de la brame) ou dans certaines opérations de matriçage, on observe souvent un endommagement aux joints de grains. Ce phénomène est lié à la notion de température d'équicohésion T e. Au-dessous de cette température, la déformation plastique d'un agrégat polycristallin s'effectue essentiellement à l'intérieur des grains. En revanche, au-dessus de T e, le glissement intergranulaire est plus facile que la déformation des grains. Comme la température d'équicohésion varie dans le même sens que la vitesse de déformation, ce sont les procédés de mise en forme à chaud, impliquant de faibles vitesses, qui risquent de donner lieu à ce phénomène.
Des essais de traction à haute température, effectués sur des échantillons de fer dopés de manière contrôlée en soufre, aluminium et azote, ont permis de préciser les mécanismes d'endommagement à chaud des aciers faiblement alliés calmés à l'aluminium .
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La figure 26 montre que la présence de soufre S diminue considérablement la réduction d'aire à la rupture Z du fer pur à la température de 950 °C, mais seulement à partir d'une teneur supérieure à environ 25 ppm. En revanche, dans un alliage contenant également de l'aluminium et de l'azote, la réduction d'aire à la rupture est beaucoup plus marquée, même pour des teneurs en soufre très faibles.
Les observations métallographiques confirment que la chute de ductilité résulte de l'effet synergétique...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MONTHEILLET (F.), MOUSSY (M.) - Physique et mécanique de l'endommagement - Les Editions de Physique, Les Ulis (1986).
-
(2) - BOUAZIZ (O.), MAIRE (E.), LAMARRE (J.), SALINGUE (Y.), DIMICHIELE (M.) - Etude de l'endommagement d'un acier dual-phase par tomographie X à haute résolution - Congrès Matériaux 2006, Dijon, publication sur CD (2006).
-
(3) - DELESSE (A.) - Procédé mécanique pour déterminer la composition des roches - Ann. Mines 13, p. 379-388 (1848).
-
(4) - DEHOFF (R.T.), RHINES (F.N.) - Quantitative Microscopy - McGraw-Hill Series in Materials Science and Engineering, New York (1968).
-
(5) - BRIDGMAN (P.W.) - The stress distribution at the neck of a tension specimen - Trans. Am. Soc. Metals 32, p. 553-574 (1943).
-
(6) - BAQUE (P.), FELDER (E.), HYAFIL (J.), D'ESCATHA (Y.) - Mise...
ANNEXES
Autres ouvrages
BAUDELET (B.) - Mise en forme des métaux et alliages - Ecole d'été de Métallurgie Physique de Villars-sur-Ollon (Suisse), Editions du CNRS (1976).
MOUSSY (F.), FRANCIOSI (P.) - Physique et mécanique de la mise en forme des métaux - Ecole d'été d'Oléron, Presses du CNRS/IRSID, Paris (1990).
FRANCOIS (D.), PINEAU (A.), ZAOUI (A.) - Comportement mécanique des matériaux. II – Viscoplasticité, endommagement, mécanique de la rupture, mécanique du contact - Hermès, Paris (1993).
LEMAITRE (J.), CHABOCHE (J.L.) - Mécanique des matériaux solides - 2ème éd., Dunod, Paris (2001).
MONTHEILLET (F.), MOUSSY (M.) - Physique et mécanique de l'endommagement - Les Editions de Physique, Les Ulis (1986).
BESSON (J.), CAILLETAUD (G.), CHABOCHE (J.L.), FOREST (S.) - Mécanique non linéaire des matériaux - Hermès-Lavoisier, Paris (2001).
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