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RÉSUMÉ
La métallurgie en mise en forme diffère quand les déformations plastiques du matériau se font à froid ou à chaud. Cet article est consacré aux déformations à froid, c’est-à-dire à température ambiante. Après une présentation des différents aspects de la métallurgie de la mise en forme et des procédés de déformation , cet article présente les lois de comportement en déformation à froid : critères de plasticité, loi d’écoulement, lois de comportement scalaires. En conclusion, une étude des évolutions structurales en termes de limites d'élasticité et d'écrouissage est faite pour les métaux purs.
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Frank MONTHEILLET : Directeur de recherche au CNRS - École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne - Centre science des matériaux et des structures - Unité CNRS plasticité, endommagement et corrosion des matériaux
INTRODUCTION
La métallurgie est l'une des composantes de l'ensemble pluridisciplinaire appelé Science des Matériaux. Contrairement à la mécanique des milieux continus, qui traite les problèmes de mise en forme en considérant le matériau comme une « boîte noire » constituée d'éléments de volume supposés homogènes, elle a pour objectif l'étude de la structure interne du métal, de l'évolution de cette structure au cours de la mise en forme et des relations entre la structure finale et les caractéristiques d'emploi du produit obtenu. Bien que le terme métallurgie soit resté longtemps attaché à une discipline essentiellement expérimentale, celle-ci utilise de plus en plus de notions et de formalismes mathématiques issus de la physique et de la chimie du solide, de la thermodynamique et de la mécanique. Cette dernière interaction entre métallurgie et mécanique est particulièrement marquée en mise en forme, à tel point que, dans ce domaine, l'ancienne frontière qui les sépare est parfois très floue.
La métallurgie en mise en forme fait l'objet de deux articles du même traité, où sont abordés respectivement les problèmes de déformation plastique à froid et à chaud, à l'exclusion des procédés impliquant un enlèvement de matière (usinage) et des divers types d'assemblage (soudure, collage, etc.). D'autre part, les questions relevant de la tribologie (frottement et lubrification, usure) ou de la thermique (auto-échauffement, transferts de chaleur métal- outil), d'une importance considérable dans l'analyse de la plupart des procédés, font l'objet d'articles séparés [19] [20] [21] dans la base « Matériaux métalliques » : [M 3 002] à [M 3 005] et [M 3 012] [M 3 013].
Le présent article est consacré à la mise en forme par déformation plastique à froid. En ce qui concerne la mise en forme à chaud, on consultera l'article suivant [M 3 031].
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Lois de comportement à froidArticle inclus dans l'offre
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1. Généralités
1.1 Divers aspects de la métallurgie en mise en forme
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Les problèmes de métallurgie en mise en forme font intervenir quatre échelles d'observation différentes :
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L'échelle macroscopique (de la fraction de millimètre à plusieurs mètres) est celle de la pièce de métal tout entière, ou au moins d'un élément de volume de celle-ci suffisamment grand pour être considéré comme homogène. C'est le domaine de la métallurgie mécanique, qui regroupe l'ensemble des essais mécaniques de laboratoire [22] [23] permettant d'étudier le comportement macroscopique des matériaux, en particulier d'établir des lois de comportement empiriques. Les instruments d'observation associés à cette échelle sont essentiellement l'œil nu et la loupe binoculaire.
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L'échelle mésoscopique (de quelques micromètres à quelques millimètres) est celle des grains du métal. Elle correspond à l'étude de la déformation des monocristaux, du comportement du matériau considéré comme un agrégat polycristallin et de la genèse des textures de déformation et de recristallisation au cours de la mise en forme [24]. On peut rattacher à cette échelle le comportement des inclusions, l'analyse mécanique de l'endommagement [25] et, plus généralement, la mécanique des matériaux hétérogènes [26]. Les méthodes d'investigation structurale correspondantes sont principalement la métallographie optique et la microscopie électronique à balayage,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SEMIATIN (S.L.), LAHOTI (G.D.), JONAS (J.J.) - Application of the torsion test to determine workability (Application de l'essai de torsion à l'étude de la mise en forme). - In : Metals Handbook. Ninth Edition, American Society for Metals, p. 154-184 (1985).
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(2) - ROSSARD (C.) - Contribution à l'étude de la déformation plastique à chaud des aciers. - Métaux Corrosion Industrie, 415, p. 102-115, mars 1960, et 416, p.190-205, avr. 1960.
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(3) - CAMPBELL (J.D.) - Dynamic plasticity of metals (Plasticité dynamique des métaux). - International Centre for Mechanical Sciences. Courses and lectures, no 46, Springer Verlag (1970).
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(4) - DUMONT (Ch.) - Endommagement de métaux à matrice ductile en traction quasistatique et dynamique. - Thèse, École des Mines de Paris (1991).
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(5) - HILL (R.) - A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals. - Proc. Roy. Soc. London, Cambridge University Press, A193, p. 281-297, (1948).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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