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Article

1 - LE MATÉRIAU MÉTALLIQUE : MICROSTRUCTURE ET CARACTÈRE MÉTALLIQUE

2 - DÉFORMABILITÉ : SCHÉMA SIMPLIFIÉ

3 - RÔLE DE LA TEMPÉRATURE

4 - ACTIONS CONJUGUÉES DE LA CONTRAINTE ET DE LA TEMPÉRATURE

5 - PARAMÈTRES CARACTÉRISTIQUES

6 - DIMENSION ET HÉTÉROGÉNÉITÉS

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BM5012 v1

Conclusion
Comportement thermomécanique des alliages métalliques

Auteur(s) : Philippe CHOMEL

Date de publication : 10 oct. 2000

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  • Philippe CHOMEL : Docteur d’État ès sciences - Professeur honoraire à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse

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INTRODUCTION

Le cahier de charges d’une pièce mécanique exprime les fonctions à remplir, le rôle à jouer : être léger, « résister » à la déformation, à la température, avoir des surfaces adaptées à un bon contact, à la résistance à la corrosion...

La connaissance des matériaux, rendue objective par des modèles et des caractéristiques de comportement, est une étape nécessaire préalable à tout problème de choix. Elle nécessite de prendre en considération trois champs : la composition et la microstructure, les propriétés, et les aptitudes des matériaux ; et de relier ces champs de façon rationnelle : la science des matériaux s’intéresse aux liens entre les deux premiers, le génie des matériaux cherche à rendre compte des aptitudes à partir des propriétés.

Cet article a pour objectif de montrer comment la nature métallique et la microstructure des matériaux métalliques sont responsables de leur comportement thermomécanique, c’est-à-dire de leur réponse en déformation et en rupture lorsqu’ils sont soumis à l’action de contraintes et de la température.

Bien que s’adressant plutôt à des lecteurs à culture mécanicienne, fortement marquée par la mécanique des milieux continus, et le plus souvent homogènes, l’article comporte une approche microscopiste assez importante.

En effet, ce serait un peu un faux débat d’opposer macroscopique et microscopique, dans la mesure où les lois de comportement — reliant contrainte, déformation, vitesse de déformation, température... — ne peuvent être exprimées correctement qu’en prenant en compte l’hétérogénéité microscopique du matériau métallique.

Les progrès dans ce domaine ont été considérables depuis une génération, et la formation initiale des techniciens et ingénieurs est de plus en plus ouverte à cette double démarche.

On pourrait objecter avec humour, comme le fait un expert en corrosion, que « les premiers hommes ne savaient rien des phénomènes physiques ou chimiques, qu’ils utilisaient de la sorte implicitement, et qu’ils étaient parfaitement à même d’en juger ». Et il ajoute, après avoir rappelé l’évolution de la connaissance, et le désir de « tout comprendre » jusqu’aux niveaux les plus fins, que « si cette évolution satisfait la curiosité de l’esprit, il n’est pas sûr pour autant qu’elle améliore les processus de choix des matériaux ». Il serait facile de faire remarquer que l’inverse n’est pas non plus sûr. Et un sociologue fournit une piste en précisant : « L’homme ne vit pas d’informations, mais de communication, et celle-ci ne se fait pas sans intermédiaire. »

Dans cet article, on se propose plutôt de faire une revue simple et large du « fonctionnement » des matériaux métalliques. On évitera donc de renvoyer à des références bibliographiques précises, on évitera des démonstrations lourdes. Et on renverra in fine à une documentation récente et en français autant que possible, pour ceux qui souhaitent « en savoir plus ». Le but est d’abord de rendre le dialogue plus facile entre les acteurs concernés, ce qui n’est pas nuisible à la curiosité de l’esprit, surtout sur des matériaux que l’on est amené à mettre en œuvre.

Enfin, s’intéressant aux matériaux métalliques, n’oublions pas qu’ils ne sont pas les seuls : les matériaux polymères, les matériaux composites à matrice polymère, les matériaux céramiques, se présentent comme des concurrents, avec des atouts différents. Pour situer quelques grandes différences, on se contentera de proposer dans le tableau 1 les ordres de grandeur de quelques propriétés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5012


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7. Conclusion

Le matériau métallique est un matériau polycristallin, le plus souvent composite, dont les propriétés mécaniques sont ajustables. Ces propriétés sont appréhendées de différentes façons : l’analyse détaillée des comportements de la microstructure sous l’action de la contrainte et de la température, les paramètres caractéristiques issus des essais mécaniques, les lois phénoménologiques de comportement.

Les produits semi-finis (barres, fils, poutres, tôles...) sont les matériaux offerts au concepteur. Les progrès accomplis dans leur préparation se manifestent dans la précision des cahiers de charges des alliages métalliques et dans les performances atteintes aujourd’hui par les matériaux disponibles : aciers microalliés à haute limite d’élasticité, aciers dual-phase, alliages d’aluminium à ténacité améliorée (comme le « 7475 » : Al-Zn6-Mg2-Cu1,5), alliages de titane β III à ductilité élevée (A = 25 %) à l’état trempé ou trempé et revenu, aciers spéciaux pour roulements (durée de vie 3 fois supérieure à celle du 100C6),...

Le travail de fabrication des pièces à partir des produits semi-finis relève du concepteur et du bureau des méthodes. Il crée de nouvelles surfaces (usinage, mise en forme, traitements de surface...), impose des traitements thermomécaniques dans la masse et en surface (soudage, trempe et revenu, mise en forme...). Ce sont donc des modifications supplémentaires qui sont imposées au matériau final, celui qui constitue la pièce finie.

Qui plus est, les conditions de service normales et accidentelles prévisibles sont susceptibles de dégrader certains caractères de la pièce (état de surface, surcontraintes, chocs, vieillissement...) et de réduire sa durée de vie prévisible. Elles seront également prises en considération.

Après un lent mûrissement des esprits, la pratique du recyclage des matériaux est devenue une réalité de plus en plus prégnante pour les matériaux métalliques, tant pour des économies d’énergie, que pour celles des matières premières. C’est une dimension qui ne peut plus être ignorée dans le choix de matériaux.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ASHBY (M.F.), JONES (D.R.H.) -   Matériaux.  -  Éd. Dunod, Paris (1991). Volume 1 - Propriétés et applications. 378 p. Volume 2 - Microstructure et mise en œuvre. 385 p.

  • (2) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) -   Précis de métallurgie.  -  230 p., Éd. Nathan-Afnor (1997).

  • (3) - DORLOT (J.M.), BAILON (J.P.), MASOUNAVE (J.) -   Des matériaux.  -  467 p., Éd. École Polytechnique de Montréal, Montréal (Canada) (1986).

  • (4) - ASKELAND (D.R.) -   The science and engineering of materials  -  . PWS Publishing (1994).

  • (5) - SHACKLEFORD (J.F.) -   Introduction to materials science for engineers.  -  Éd. Prentice Hall (1998).

  • (6) - PHILIBERT (J.), VIGNES (A.), BRECHET (Y.), COMBARDE (P.) -   La métallurgie, du minerai au matériau.  -  1 107 p.,...

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