MÉTAUXSuperplasticité des métaux

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Analyse du phénomène de plasticité

Jusqu'à présent, seuls ont été mentionnés les paramètres apparents σa (lié à S0) et εa (lié à L0). En réalité, en un point donné du domaine plastique (zone II, fig. 1), la section réelle est S et la longueur utile de l'éprouvette est devenue égale à L. Il paraît donc plus correct de définir de nouveaux paramètres, qui sont la contrainte vraie instantanée et la déformation relative vraie instantanée, respectivement :

dont les valeurs σv et εv sont dites rationnelles ; on montre facilement que :

Courbe de traction : caractéristiques

Dessin : Courbe de traction : caractéristiques

Principales caractéristiques d'une courbe de traction. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Ces formules ne sont valables que pour la suite de la courbe de traction située dans la zone II.

L'analyse mathématique de la courbe de consolidation (segment AM, fig. 1) montre que l'équation proposée par Ludwick dès 1909 est souvent vérifiée, soit :

dans laquelle K est une constante et n le coefficient de consolidation. Il y a lieu de ne pas confondre n avec ce que l'on appelle le taux de consolidation :
qui n'est autre que la pente en un point donné de la courbe de consolidation en coordonnées rationnelles.

Courbe de traction : caractéristiques

Dessin : Courbe de traction : caractéristiques

Principales caractéristiques d'une courbe de traction. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Le coefficient de consolidation peut être déterminé de diverses façons ; l'une d'elles dérive directement de la relation (8) ; il suffit en effet de mesurer la pente de la droite obtenue en portant ln σv en fonction de ln εv, soit encore :

où ε est défini dans la relation (12).

La seconde méthode est fondée sur une relation simple que l'on peut déduire du critère d'instabilité géométrique. En effet, appelons σs et εs la contrainte et l'allongement rationnels correspondant au début de striction. On doit avoir dF = 0, soit :

ou encore, en tenant compte de la relation (8) :

Finalement :

Les considérations précédentes ne font intervenir que les paramètres mesurés expérimentalement dans des conditions d'essais données, en particulier pour une température et une vitesse de traction fixées à l'avance. En fait, ces deux variables exercent une influence marquée sur l'allure de la courbe de traction. Par définition, la vitesse de traction (qu'il est relativement aisé de maintenir constante durant l'essai) s'exprime conventionnellement par :

On peut définir de façon similaire une vitesse de déformation :

mais on se rend facilement compte qu'il ne suffit pas de maintenir constante la vitesse de traction pour avoir εd invariante.

Une relation traduisant l'influence de la vitesse de traction a été proposée par Carreker et Hibbard :

à température donnée, dans laquelle A est une constante caractéristique du matériau et m le coefficient de sensibilité à la vitesse. On peut donc évaluer ce coefficient à partir de la relation :
plus la valeur de m est grande (> 0,3), plus la déformation s'opère dans des conditions proches de celles de l'écoulement visqueux de type newtonien, pour lequel m = 1.

Aucune loi simple n'a été trouvée à ce jour pour traduire l'influence de la température ; on peut cependant schématiser, dans le cas général, le rôle de ce paramètre par deux caractéristiques essentielles : en fonction de la température croissante, on observe une chute de plus en plus notable de la limite d'élasticité ainsi que de la charge à la rupture, tandis que la ductilité augmente. Toutefois, certaines exceptions sont constatées dans le cas d'alliages au sein desquels, dans des intervalles donnés de températures, il peut se produire à chaud des interactions entre les atomes de soluté et les défauts linéaires (dislocations) distribués au sein du matériau (par exemple phénomène Portevin-Le Chatelier).

En dernier lieu, il convient de signaler que l'analyse approfondie des phénomènes dans le cas plus simple des monocristaux a permis d'établir qu'en réalité la consolidation s'opérait en plusieurs stades (en général trois), comme le montrent les courbes de la figure 1. On constate en fait que la symétrie cristalline exerce un rôle prépondérant ; dans le cas des cristaux de symétrie cubique à faces centrées ou de symétrie hexagonale compacte (courbes 1 et 2), l'allure des portions de courbes correspondant respectivement aux divers stades est similaire ; cependant, les caractéristiques majeures (étendue des divers domaines et pentes des segments linéaires) ont des valeurs assez différentes. On est convenu de distinguer ainsi :

Consolidation

Dessin : Consolidation

Différents stades de la consolidation (I, II, III), dans le cas des monocristaux de symétrie cubique centrée (C.C.), cubique à faces centrées (C.F.C.) ou hexagonale compacte (H.C.) : courbes 1, 2 et 3 à température ordinaire ; courbes 1′, 2′ et 3′ à... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

– stade I : glissement facile ;

– stade II : consolidation linéaire ;

– stade III : consolidation parabolique.

Dans le cas des cristaux de symétrie cubique centrée (courbe 3), la différence essentielle réside dans le fait que le stade I correspond à une consolidation parabolique. Les courbes 1′, 2′ et 3′ traduisent l'évolution qui se produit lorsque la température d'essai diminue.

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 11 pages

Médias de l’article

Intérieur d’un tuyau métallique

Intérieur d’un tuyau métallique
Crédits : Kichigin/ Shutterstock

photographie

Courbe de traction : caractéristiques

Courbe de traction : caractéristiques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Traction uniaxiale

Traction uniaxiale
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Consolidation

Consolidation
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Afficher les 11 médias de l'article


Écrit par :

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

Classification

Autres références

«  MÉTAUX  » est également traité dans :

MÉTAUX - Vue d'ensemble

  • Écrit par 
  • Jean-Pierre LÉVIS
  •  • 333 mots

Le groupe des métaux rassemble environ soixante-quinze éléments de la table périodique dont il occupe toute la partie gauche. Structurellement, les métaux se définissent comme les éléments comportant moins de quatre électrons sur la couche électronique de valence. Comme ces électrons sont facilement perdus pour former l'octet stable, les métaux se caractérisent fondamentalement comme donneurs d'él […] Lire la suite

MÉTAUX - Gisements métallifères

  • Écrit par 
  • Marie-José PAVILLON
  •  • 7 828 mots
  •  • 5 médias

L'utilisation des métaux contenus dans les roches a été, dès la fin du Néolithique, une préoccupation de l'homme. La recherche des métaux natifs d'abord, des minerais ensuite, remonte donc fort loin. Plus près de nous, les Grecs et les Romains se révélèrent des exploitants habiles, et de nombreuses mines renferment des vestiges de ces époques.Jusque vers 1930, seuls les corps minéralisés à forte t […] Lire la suite

MÉTAUX - Métallogénie

  • Écrit par 
  • Guy TAMAIN
  •  • 4 298 mots

Dans une première approche et de façon résumée, on peut dire que la métallogénie est la science des gisements (ou gîtes) métallifères et de leur genèse. Le terme a été créé, au début du xxe siècle, par le géologue français Louis de Launay (1860-1938), pour qui : « La métallogénie étudie les gisements minéraux des éléments chimiques, leurs groupements […] Lire la suite

MÉTAUX - Métaux alcalins

  • Écrit par 
  • Jean PERROTEY
  •  • 3 045 mots
  •  • 4 médias

Les métaux alcalins – lithium, sodium, potassium, rubidium, césium et francium – constituent les éléments de la première colonne du tableau de classification périodique . Ils doivent leur nom à la propriété qu'ils ont de donner avec l'eau des bases fortes, ou « alcalis ». Cette famille chimique est particulièrement homogène ; les propriétés des différents métaux varient peu de l'un à l'autre, et […] Lire la suite

MÉTAUX - Métaux alcalino-terreux

  • Écrit par 
  • Jean PERROTEY
  •  • 2 582 mots
  •  • 2 médias

Les métaux alcalino-terreux constituent la deuxième colonne du tableau de classification périodique des éléments. On peut distinguer les alcalino-terreux vrais  – calcium, strontium, baryum, radium – et deux éléments plus légers – béryllium et magnésium –, qui présentent des particularités propres. Ce double nom d'alcalino-terreux trouve son origine dans les propriétés des oxydes, qui furent les p […] Lire la suite

MÉTAUX - Métaux de transition

  • Écrit par 
  • André CASALOT
  •  • 2 161 mots
  •  • 2 médias

Les cinquante-six éléments chimiques dits de transition actuellement connus comportent tous, soit à l'état d'élément simple, soit dans un état oxydé stable, une sous-couche électronique d ou f partiellement remplie. L'existence de niveaux profonds incomplets leur confère des propriétés voisines. À l'état de corps simples, ils se caractérisent par un haut poi […] Lire la suite

ACIDES & BASES

  • Écrit par 
  • Yves GAUTIER, 
  • Pierre SOUCHAY
  •  • 12 613 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Solvant plus basique que l'eau : l'ammoniac liquide »  : […] La structure de l'ammoniac liquide, qui bout à — 33  0 C, rappelle beaucoup celle de l'eau, en raison de l'existence de liaisons hydrogène. Il s'ionise suivant : K e  = [NH 4 + ] [NH 2 — ] est de l'ordre de 3 × 10 —33 . La limite inférieure de l'échelle d'acidité est par rapport à l'eau : 11,8 (acides BH + ) et 7,7 (acides HA) ; la limite supérieure est très élevée, puisque l'échelle doit s'étendr […] Lire la suite

AGRÉGATS, physico-chimie

  • Écrit par 
  • Jean FARGES, 
  • Rémi JULLIEN
  •  • 1 611 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Structure électronique des agrégats métalliques »  : […] Dans un agrégat métallique suffisamment petit, les électrons de conduction ne peuvent plus sauter d'un état quantique à l'autre car la différence d'énergie entre deux états successifs (qui varie comme 1/N) devient plus grande que l'énergie thermique. Par conséquent, lorsque la valence du métal considéré est impaire, le dernier état occupé (niveau de Fermi) comprend un seul électron quand N est imp […] Lire la suite

ALLIAGES

  • Écrit par 
  • Jean-Claude GACHON
  •  • 7 352 mots
  •  • 5 médias

Les alliages représentent une illustration matérielle du vieux dicton « l'union fait la force ». L'homme a toujours cherché des matériaux plus performants à l'utilisation, plus faciles à fabriquer ou à mettre en œuvre et plus économiques. Les alliages métalliques sont particulièrement importants dans la société humaine, et ce depuis l'Âge du bronze. Les métaux de grande pureté (99,99 p. 100 en p […] Lire la suite

ALUMINIUM

  • Écrit par 
  • Robert GADEAU, 
  • Robert GUILLOT
  •  • 9 650 mots
  •  • 19 médias

Bien qu'il ne soit passé dans le domaine industriel qu'à la fin du xix e  siècle, après la découverte par Paul Louis Toussaint Héroult et Charles Martin Hall du procédé de fabrication par électrolyse, l'aluminium est devenu le premier des métaux non ferreux. Sa légèreté, son inaltérabilité pratique, sa bonne conductibilité électrique et thermique, sa facilité de décoration et la grande résistance […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Georges CIZERON, « MÉTAUX - Superplasticité des métaux », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/metaux-superplasticite-des-metaux/