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Georges SAADA : Ancien élève de l’École Polytechnique - Docteur es sciences, LEM CNRS ONERA, Chatillon, France
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Lire l’articleINTRODUCTION
Soumis à une contrainte, un solide cristallin, par exemple un solide métallique, se déforme de manière réversible tant que la contrainte appliquée est inférieure à une valeur critique, dite limite élastique, ou limite d’élasticité. Au-delà de cette contrainte critique, la déformation cesse d’être réversible : une déformation, dite déformation plastique, subsiste après suppression de la contrainte. Le solide finit par se rompre lorsque l’on poursuit la déformation.
La ductilité définit l’aptitude à tolérer une déformation plastique importante, elle dépend à la fois de la nature du matériau et du type d’essai. Il est possible, par exemple, 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 103, alors qu’en traction uniaxiale, il est difficile d’atteindre une déformation à la rupture supérieure à 1.
L’étude de la déformation plastique a sans doute eu pour origine le souci de maîtriser le formage et l’utilisation des métaux, et plus généralement des matériaux. 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. Pour les solides cristallins, auxquels nous nous limiterons dans cet exposé, les mécanismes de base sont assez bien compris, mais la dynamique des écoulements est mal connue, et constitue actuellement un axe de recherche très actif.
Dans cet article, nous nous proposons de décrire aussi simplement que possible les mécanismes mis en jeu lors de la déformation plastique des métaux, et plus généralement des solides cristallins.
Au paragraphe 2, nous analysons les mécanismes de déformation d’un point de vue structural ; le paragraphe 3 décrit les aspects généraux des écoulements plastiques. Des exemples précis sont donnés au paragraphe 4. Le paragraphe 5 analyse l’état de contrainte dans un solide déformé plastiquement. La plasticité des polycristaux est analysée au paragraphe 6, suivi d’une brève conclusion.
Le lecteur trouvera en fin d'article un tableau des symboles et des abréviations utilisées.
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1980 par Georges SAADA, André ZAOUI, H. ARNOUX
- Version archivée 2 de oct. 1995 par Georges SAADA
DOI (Digital Object Identifier)
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3. Écoulements plastiques
3.1 Hétérogénéité temporelle et spatiale des écoulements plastiques
L’expérience établit que les écoulements plastiques des monocristaux de haute pureté correspondent à des phénomènes dynamiques complexes qui se traduisent par des hétérogénéités dans la distribution spatiale de la déformation comme des contraintes. Ces hétérogénéités se manifestent à plusieurs échelles : ligne de dislocation, ligne de glissement, bande de glissement. Les échelles de temps varient également dans des proportions considérables, d’un type de défaut ou de sollicitation à un autre.
La situation est plus complexe encore pour des échantillons polycristallins contenant ou non des inclusions. On a alors affaire à un système hétérogène fait de cristaux d’orientation et (ou) de structure, et (ou) de composition différentes. Depuis une quarantaine d’années, on assiste au développement de matériaux polyphasés ou composites, par exemple les superalliages à base de nickel type MC2 ou CMSX-2 où une phase ordonnée précipite sous forme de cubes répartis régulièrement dans une matrice désordonnée, ou encore les matrices de cuivre renforcées par des fibres de tungstène, polyphasés ou composites. Dans ce type de matériaux, la propagation est confinée dans des domaines limités par des interfaces, joints de grains, ou joints de phase, sur lesquels les dislocations s’accumulent. Ces interfaces jouent un rôle essentiel, particulièrement lorsqu’elles sont mobiles.
Dans un essai de traction à taux de déformation constant, le module tangent détermine le rapport du taux de déformation plastique au taux de déformation appliquée (formule (1)). Dans la très grande majorité des cas, le module tangent est une fraction relativement petite du module d’Young, donc le taux de déformation plastique est du même ordre de grandeur que le taux de déformation appliquée. Dans un essai classique, . Soit ρm la densité...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BENARD (J.), MICHEL (A.), PHILIBERT (J.), TALBOT (J.) - Métallurgie générale. - Masson Paris (1984).
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