Comportement rhéologique des matériaux métalliques multiphasés

Pourquoi s’intéresser au comportement des matériaux multiphasés ?

On remarquera tout d’abord que les matériaux réels sont toujours hétérogènes , à l’exception possible des monocristaux de haute pureté et non-déformés. Dans les matériaux monophasés, la densité de dislocations, la taille et l’orientation des grains sont distribuées de manière hétérogène. A fortiori , lorsque plusieurs phases sont présentes, la forme, la taille, l’orientation et les relations spatiales entre les domaines homogènes constituent autant de sources d’hétérogénéité [1] . Or, les métaux présentent généralement à l’état pur des caractéristiques mécaniques (dureté, limite d’élasticité) insuffisantes, et sont donc le plus souvent utilisés sous la forme d’alliages. C’est ainsi que dès la protohistoire, les bronzes (alliages de cuivre et d’étain) et les laitons (alliages de cuivre et de zinc) ont remplacé le cuivre pur.

Lorsqu’un élément est ajouté à un métal pur à l’état liquide, trois structures peuvent être observées après refroidissement du mélange :

• soit une solution solide homogène (par exemple, pour Ni-Cu en toute proportion) ;

• soit une matrice contenant une seconde phase minoritaire constituée d’inclusions solidifiées avant la matrice, ou de précipités formés à l’état solide (par exemple, oxydes dans le cuivre, carbures dans le fer) ;

• soit enfin, un mélange de deux ou plusieurs phases de caractéristiques chimiques, géométriques et mécaniques distinctes, et dont les fractions volumiques sont du même ordre de grandeur.

On parle, alors suivant les cas, d’ alliage biphasé ou multiphasé . Certains matériaux hétérogènes obtenus par frittage, ainsi que certains composites, sans être des alliages à proprement parler, relèvent de la même catégorie de matériaux hétérogènes, qui fera l’objet de cet article.

Si les matériaux multiphasés apparaissent ainsi incontournables, il faut également souligner que la présence de plusieurs phases de propriétés différentes peut être bénéfique. La première idée élémentaire consiste à cumuler les qualités (et non les défauts !) des deux phases : ainsi le mélange d’une phase dure mais fragile (par exemple, le carbure de tungstène WC), et d’une phase ductile mais molle (par exemple, le cobalt), conduit à un compromis intéressant de dureté et de ductilité dans le composite WC-Co. Encore faut-il s’assurer que le mélange n’est pas à la fois...