MÉTAUX Superplasticité des métaux

Intérieur d’un tuyau métallique
Kichigin/ Shutterstock

L'une des propriétés principales de l'état métallique est l'aptitude à la déformation sous l'effet d'une contrainte. Selon la valeur de celle-ci, la déformation résultante peut être élastique, c'est-à-dire qu'elle se résorbe si la contrainte cesse d'être appliquée, ou plastique, le solide conservant dans ce cas une déformation permanente après que la sollicitation mécanique a été supprimée. On caractérise quantitativement la plasticité par l'aptitude d'un métal ou d'un alliage donné à tolérer sans se rompre une déformation plus ou moins importante. Cette propriété, qui tient à la nature de la liaison entre atomes constituant le solide métallique, est spécifique : les solides non métalliques (verres, céramiques, cristaux ioniques, polymères...) présentent une cohésion qui dépend de liaisons fondamentalement différentes. Ce fait a pour conséquence soit que ces matériaux n'ont pratiquement pas de plasticité, soit qu'ils sont doués d'une plus ou moins grande capacité de déformation, mais que leur résistance mécanique intrinsèque reste limitée. Par contre, les solides métalliques témoignent généralement à la fois d'une notable résistance et d'une capacité importante de déformation.

Zones de déformation

Courbe de traction : caractéristiques
Encyclopædia Universalis France

Les modes de sollicitation mécanique sont fort nombreux : traction, compression, flexion, torsion, cisaillement... Le plus commun et le plus simple consiste à appliquer une force de tension uniaxiale (essai de traction) ; il peut donc être considéré à titre d'exemple pour définir les principales caractéristiques du comportement mécanique d'un matériau métallique. On supposera, pour rester dans le cas le plus général, que le matériau considéré est polycristallin, c'est-à-dire constitué de la juxtaposition de grains (chacun d'eux étant un monocristal plus ou moins parfait) séparés par des frontières appelées joints de grains. La courbe de traction classique obtenue à partir d'une éprouvette polycristalline est du type de celle qui est représentée sur la figure 1. Les paramètres portés sur le graphe sont, en ordonnées, l'effort F appliqué ou contrainte apparente (S₀ désignant la section droite initiale de l'éprouvette) :

et, en abscisses, l'allongement résultant ΔL ou déformation relative apparente :

si L₀ désigne la longueur utile de l'éprouvette (généralement, il s'agit de la longueur entre congés raccordant le corps de l'éprouvette à ses têtes ; on peut aussi bien considérer une longueur de base repérée initialement sur le corps de cette éprouvette).

Il faut distinguer sur la courbe trois zones, qui sont représentées sur la figure 1.

Zone I

La portion correspondant à la zone I de la courbe de traction est un segment de droite OA. La déformation est donc élastique, homogène et réversible ; de plus, il y a proportionnalité entre les contraintes appliquées et les déformations élastiques résultantes. Le comportement élastique relève de la loi classique de Hooke :

E étant le module d'élasticité linéaire, ou module de Young, de valeur généralement élevée : les déformations élastiques sont donc faibles en valeur absolue.

L'ordonnée du point A définit la limite d'élasticité macroscopique σ_E ; la connaissance de cette valeur est fondamentale pour les calculs de résistance des matériaux. Lorsque le point A (ou limite de proportionnalité) est difficile à déterminer avec précision, on convient de mesurer ce que l'on appelle la limite d'élasticité macroscopique conventionnelle, soit la valeur de la contrainte entraînant une déformation permanente fixée arbitrairement (par exemple ε = 0,2 p. 100, d'où la valeur σ_E0,2).

Zone II

La portion correspondant à la zone II est un segment de courbe monotone AM à courbure non[...]

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Écrit par

Georges CIZERON : professeur à l'université Paris-Sud, Orsay, directeur du laboratoire de structure des matériaux métalliques, Orsay

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Pour citer cet article

Georges CIZERON, « MÉTAUX - Superplasticité des métaux », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

« MÉTAUX - Superplasticité des métaux ». Dans Encyclopædia Universalis [en ligne]. Consulté le sur

Encyclopædia Universalis, s.v. « MÉTAUX - Superplasticité des métaux », Consulté le ,

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