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Auteur(s)
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Georges SAADA : Ancien élève de l’École Polytechnique - Professeur à l’Université Paris-Nord
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’étude de la déformation plastique a sans doute eu pour origine le souci de maîtriser le formage et l’utilisation des matériaux, et dans un premier temps, des métaux. De ce fait, elle a été longtemps empirique et ce n’est que depuis quelques dizaines d’années qu’ont été élaborés les concepts nécessaires à la compréhension des phénomènes physiques se produisant lors des écoulements plastiques. Si, pour les solides cristallins, auxquels nous nous limiterons dans cet exposé, les mécanismes de base sont assez bien compris, la dynamique des écoulements est encore assez mal connue et constitue actuellement un axe de recherche extrêmement actif.
Rappelons que, lorsqu’un solide cristallin est soumis à une contrainte, il se déforme de manière réversible tant que la contrainte est inférieure à une certaine valeur critique, dite limite élastique. Au-delà de cette contrainte critique, la déformation cesse d’être réversible. Lorsque la contrainte est supprimée, il subsiste une déformation, dite déformation plastique. Si l’on poursuit la déformation, le solide finit par se rompre. L’aptitude à tolérer une déformation plastique importante est la ductilité. Celle-ci dépend à la fois de la nature du matériau et de l’essai. Par exemple, il est possible de réduire, par laminage en plusieurs passes, un bloc métallique dont les dimensions sont de l’ordre du mètre à une plaque dont l’épaisseur est de l’ordre de la fraction de millimètre, soit une déformation de l’ordre de 10 3, alors qu’en traction uniaxiale il est difficile d’atteindre une déformation à la rupture supérieure à 1.
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1980 par Georges SAADA, André ZAOUI, H. ARNOUX
- Version courante de oct. 2017 par Georges SAADA
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Mécanismes de déformation
2.1 Introduction
Cette seconde partie est consacrée à une description rapide et très générale des aspects structuraux du comportement mécanique des solides cristallins. C’est dire que nous n’abordons ni les solides polymériques, ni les caoutchoucs, ni les verres, par exemple. Nous rappellerons tout d’abord un certain nombre de résultats sur des comportements mécaniques plus simples que les écoulements plastiques, en les reliant aux propriétés structurales microscopiques des solides cristallins. Du point de vue structural, le monocristal parfait, composé d’atomes vibrant autour de leur position d’équilibre, correspond au cas le plus simple. La réponse d’un tel système à une excitation mécanique suffisamment petite correspond au comportement élastique parfait 2.2, linéaire ou non, mais toujours réversible et non dissipatif.
Un cas un peu plus complexe est celui du cristal contenant des défauts ponctuels : lacunes, interstitiels, atomes étrangers en insertion ou en substitution. Selon les cas, ce système présente, même pour une petite excitation mécanique, des réponses assez diverses 2.3 : anélasticité, frottement interne, fluage. Dans ce cas, il y a toujours dissipation d’énergie et, dans certains cas, déformation permanente.
La présence de dislocations accroît encore la richesse des comportements mécaniques 2.4. La grande mobilité des dislocations à basse température (T < Tf /2, où Tf est la température de fusion) est responsable de la plasticité à froid. À haute température, le glissement dévié et la montée des dislocations accroissent encore leur mobilité, c’est la cause de la plus grande plasticité à chaud. Les interactions des dislocations entre elles ou avec des défauts indiqués précédemment sont responsables du durcissement. Dans tous les cas, il y a dissipation d’énergie et déformation...
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