MÉTAUXSuperplasticité des métaux

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Superductilité et superplasticité

Certains matériaux sont susceptibles, sous l'effet d'une contrainte relativement faible, de se déformer de manière extensive avant de se rompre : alors que la ductilité classique des matériaux métalliques reste inférieure à 100 p. 100, on observe dans certains cas des allongements de l'ordre de 1 000 à 2 000 p. 100 (soit vingt fois la longueur primitive). Plus précisément l'instabilité géométrique qui se manifeste de façon aléatoire en une zone de l'éprouvette donne alors lieu à un allongement régulier très important par simple étirement du faible étranglement initialement apparu ; il n'y a plus localisation de la déformation comme dans la striction classique (fig. 2b).

Traction uniaxiale

Dessin : Traction uniaxiale

Comparaison schématique des comportements plastique et superplastique en traction uniaxiale : en a, comportement plastique, en b, comportement superplastique. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le terme de superplasticité n'a été proposé qu'en 1945 par A. A. Bochvar pour caractériser les phénomènes singuliers (du type de ceux qui viennent d'être évoqués) observés dans certaines conditions opératoires avec les alliages Zn-Al. Cependant, bien des années auparavant, de nombreux chercheurs avaient signalé à diverses reprises des comportements plastiques anormaux. En raison de cette similitude apparente de l'aptitude à l'ultradéformation, une certaine confusion a régné, alors que les causes motivant les possibilités d'allongement anormal étaient fondamentalement différentes. Il est donc nécessaire de bien distinguer entre phénomènes de ductilité exagérée (ou superductilité) et de superplasticité.

Comme l'indique la terminologie de ductilité exagérée, il s'agit de phénomènes se traduisant par un simple accroissement de la capacité normale de déformation d'un matériau donné, le plus souvent du simple au double, voire exceptionnellement au triple. On peut regrouper les divers exemples signalés en quatre cas principaux :

– Ductilité exagérée résultant d'une déformation mécanique effectuée pendant une transformation allotropique se développant à température élevée. Dès 1924, A. Sauveur a signalé que, par torsion d'une barre de fer chauffée dans un gradient longitudinal de température, on provoque une déformation considérable dans la partie de la barre où coexistent les phases α et γ. Ces faits ont été confirmés de façon plus précise par divers auteurs, aussi bien sur le matériau précité que sur d'autres métaux susceptibles d'allotropie, par exemple l'uranium ou le zirconium.

– Ductilité exagérée résultant d'une déformation mécanique effectuée pendant une transformation structurale à température moyenne ou peu élevée. L. F. Porter et P. C. Rosenthal ont en particulier analysé ce genre de phénomènes sur un acier à teneur eutectoïde, sollicité mécaniquement durant les transformations de type perlitique, bainitique ou martensitique. Des conclusions similaires ont été mentionnées pour des aciers plus complexes, contenant en particulier du chrome.

– Ductilité exagérée observée en fluage. Différents auteurs ont en effet noté la possibilité d'augmentation anormale de la déformation par fluage sous contrainte uniaxiale de tension, à température relativement élevée. Les causes alors invoquées sont le plus souvent soit un processus de recristallisation intervenant durant l'essai proprement dit, soit une variation de la solubilité d'un constituant permettant de former ou de détruire temporairement l'une des phases présentes dans l'alliage polyphasé soumis à l'essai de fluage.

– Ductilité exagérée développée par écrouissage. Certains matériaux comme le magnésium et ses alliages, qui n'ont normalement qu'une capacité très limitée de déformation en traction à température ordinaire, peuvent acquérir un allongement à rupture très largement supérieur s'ils ont été soumis au préalable à un filage-étirage ou à des laminages successifs « à tiède », puis à froid. Le phénomène de ductilité exagérée constaté ensuite lors d'essais mécaniques classiques a été attribué à l'existence de zones très « cisaillées » lors de la mise en forme préalable ; ultérieurement, un écoulement quasi visqueux peut se produire dans ces zones sous l'action de la contrainte appliquée durant l'essai de traction final.

Par opposition, un comportement superplastique conduira à des possibilités de déformation pouvant être dix fois plus grandes que celles qui traduisent la superductilité. Les premiers exemples effectifs d'un tel comportement ont été décrits par C. E. Pearson, qui a montré en 1934 la possibilité de déforma [...]

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Intérieur d’un tuyau métallique

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Courbe de traction : caractéristiques

Courbe de traction : caractéristiques
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Traction uniaxiale

Traction uniaxiale
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Écrit par :

  • : 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 20 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/metaux-superplasticite-des-metaux/