Présentation
Auteur(s)
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Frank MONTHEILLET : Ingénieur civil des Mines, docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Responsable de l’équipe Rhéologie globale et locale des matériauxÉcole des mines de Saint‐Étienne - Centre science des matériaux et des structures - URA CNRS 1884, Laboratoire microstructures et mise en forme
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Lire l’articleINTRODUCTION
La métallurgie est l’une des composantes de l’ensemble pluridisciplinaire appelé science des matériaux. Contrairement à la mécanique des milieux continus, qui traite les problèmes de mise en forme en considérant le matériau comme une « boîte noire » homogène, elle a pour objectif l’étude de la structure interne du métal, de l’évolution de cette structure au cours de la mise en forme et des relations entre la structure finale et les caractéristiques d’emploi du produit obtenu. Bien que le terme métallurgie soit resté longtemps attaché à une discipline essentiellement expérimentale, celle‐ci utilise de plus en plus de notions et de formalismes mathématiques, issus de la physique et de la chimie du solide, de la thermodynamique et de la mécanique. Cette dernière interaction entre métallurgie et mécanique est particulièrement marquée en mise en forme, à tel point que, dans ce domaine, l’ancienne frontière qui les sépare est parfois très floue.
Le présent article sera consacré à la mise en forme par déformation plastique, à l’exclusion des procédés impliquant un enlèvement de matière (usinage) et des divers types d’assemblage (soudure, collage, etc.). D’autre part, les problèmes relevant de la tribologie (frottement et lubrification, usure) ou de la thermique (auto‐échauffement, transferts de chaleur métal-outil), d’une importance considérable dans l’analyse de la plupart des procédés, feront l’objet d’articles séparés [34] et [35].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1981 par Frank MONTHEILLET
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Mise en forme à froid1. Généralités
1.1 Divers aspects de la métallurgie en mise en forme
Les problèmes de métallurgie en mise en forme font intervenir quatre échelles d’observation différentes.
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L’échelle macroscopique (de la fraction de millimètre à plusieurs mètres) est celle de la pièce de métal tout entière, ou au moins d’un élément de volume de celle‐ci suffisamment grand pour être considéré comme homogène. C’est le domaine de la métallurgie mécanique, qui regroupe l’ensemble des essais mécaniques de laboratoire [36], permettant d’étudier le comportement macroscopique des matériaux, en particulier d’établir des lois de comportement empiriques. Les instruments d’observation associés à cette échelle sont essentiellement l’œil nu et la loupe binoculaire.
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L’échelle mésoscopique (de quelques micromètres à quelques millimètres) est celle des grains du métal. Elle correspond à l’étude de la déformation des monocristaux, du comportement du matériau considéré comme un agrégat polycristallin et de la genèse des textures de déformation et de recristallisation au cours de la mise en forme [39]. On peut rattacher à cette échelle le comportement des inclusions, l’analyse mécanique de l’endommagement et, plus généralement, la mécanique des matériaux hétérogènes. Les méthodes d’investigation structurale correspondantes sont principalement la métallographie optique et la microscopie électronique à balayage.
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L’échelle microscopique (de quelques nanomètres à quelques micromètres) correspond aux défauts cristallins. C’est le domaine de la physique de la plasticité, qui repose essentiellement sur la théorie des dislocations. Celle‐ci permet de comprendre la plupart des mécanismes élémentaires de la déformation plastique, d’établir des lois de comportement fondées sur des considérations physiques et de prévoir de nombreuses propriétés macroscopiques du matériau. Les observations microstructurales sont essentiellement effectuées par microscopie électronique en transmission.
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Enfin, l’échelle nanoscopique (du dixième de nanomètre au nanomètre) est celle des atomes. Elle intervient...
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