MÉTAUXSuperplasticité des métaux

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Mécanismes contrôlant la plasticité

Dans les matériaux monocristallins ou polycristallins, la déformation plastique s'effectue essentiellement par glissement ; c'est lorsque ce mécanisme est défavorisé que le processus de maclage intervient. Enfin, dans certaines conditions particulières, on peut observer un glissement visqueux intergranulaire ou un microfluage contrôlé par la diffusion.

Glissement

Dans le cas du glissement, certaines parties d'un cristal sont déplacées par translation uniforme relative, parallèlement à des directions cristallographiques denses, les directions de glissement (fig. 4).

Mécanisme de déformation par glissement

Dessin : Mécanisme de déformation par glissement

Mécanisme de déformation par glissement ; pliages d'accommodation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les plans séparant les régions ayant subi ce déplacement relatif sont dits plans de glissement. Selon l'importance de la déformation atteinte, le déchaussement créé s'amplifie et on observe sur la surface du cristal déformé soit des lignes de glissement fines (ε < 10 p. 100), soit des bandes de glissement épaisses (ε > 10 p. 100), constituées de lamelles ayant glissé les unes par rapport aux autres comme les cartes d'un jeu. Il faut souligner que, dans ce mode de déformation, il n'y a pas modification de l'orientation cristalline, quelle que soit la région considérée.

Le glissement peut être simple (un seul plan de glissement actif) ou multiple (plusieurs plans de glissement conjointement ou successivement actifs, ces plans appartenant à une même famille de plans cristallographiques ou à des familles différentes). À l'échelle microscopique, le glissement résulte du déplacement de défauts linéaires : dislocations coin ou vis dans leur plan de coupure. Les dislocations vis peuvent également changer de plan de déplacement dans la mesure où les deux plans successivement balayés admettent une intersection parallèle à la direction de glissement : cas du glissement dévié.

De plus, le glissement aurait tendance à engendrer un déplacement relatif des extrémités du cristal ainsi déformé (fig. 4a) ; ce déplacement étant empêché par le fait que la direction de l'effort appliqué reste invariante, il se produit des hétérogénéités d'accommodation dénommées pliages, qui correspondent à des rotations locales du réseau, sans intervention de glissement secondaire, du moins à l'origine (fig. 4b).

Mécanisme de déformation par glissement

Dessin : Mécanisme de déformation par glissement

Mécanisme de déformation par glissement ; pliages d'accommodation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Mécanisme de déformation par glissement

Dessin : Mécanisme de déformation par glissement

Mécanisme de déformation par glissement ; pliages d'accommodation. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Maclage

Certaines régions d'un cristal subissent un cisaillement homogène parallèlement à un plan (plan de maclage) et à une direction contenue dans ce plan (direction de maclage). Une coupe du cristal ainsi déformé, par un plan perpendiculaire au plan de maclage, permet de montrer que la disposition des atomes dans la zone maclée est devenue symétrique de celle qui est observée dans la matrice initiale non maclée (fig. 5).

Déformation par maclage

Dessin : Déformation par maclage

Mécanisme de déformation par maclage. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Il y a donc modification locale de l'orientation, mais la structure cristalline reste toutefois inchangée. Le maclage est généralement favorisé par des contraintes élevées et des températures basses.

Glissement intergranulaire et microfluage diffusionnel

À température élevée (voisine de la température de fusion) et pour des contraintes appliquées relativement faibles, la déformation plastique est susceptible de s'effectuer selon deux nouveaux modes.

– Les grains se déplacent progressivement les uns par rapport aux autres le long de leurs frontières communes (joints). Leur mouvement relatif est le plus important lorsque les joints sont disposés à 450 de la direction de l'effort appliqué : ce phénomène est aisément mis en évidence par mesure des décalages créés sur des lignes repères primitivement tracées sur la surface du matériau. La déformation est cependant très difficile aux intersections des joints, et des déchaussements apparaissent. Le phénomène peut s'interpréter par un écoulement quasi visqueux sur les surfaces intergranulaires ; cependant, sa contribution à la déformation totale d'une éprouvette reste inférieure à 30 p. 100.

– À température élevée, la concentration d'équilibre des défauts ponctuels (lacunes) est importante ; leur mobilité est également notable. Dans ces conditions, la déformation plastique peut se produire par microfluage diffusionnel. De fait, C. Herring et F. R. N. Nabarro ont proposé un modèle selon lequel les lacunes migrent alors vers les joints de grains disposés parallèlement à la direction de l'effort appliqué ; ce flux de lacunes est compensé par un flux antagoniste d'atomes vers les joints placés normalement à la direction de l'effort. Il en résulte une évolution de la morphologie des grains qui s'allongent dans la direction de la contrainte appliquée et se rétrécissent dans la direction transverse, ce qui [...]

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Courbe de traction : caractéristiques

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

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Pour citer l’article

Georges CIZERON, « MÉTAUX - Superplasticité des métaux », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/metaux-superplasticite-des-metaux/