Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La métallurgie en mise en forme diffère quand les déformations plastiques du matériau se font à froid ou à chaud. Cet article est consacré aux déformations à froid, c’est-à-dire à température ambiante. Après une présentation des différents aspects de la métallurgie de la mise en forme et des procédés de déformation , cet article présente les lois de comportement en déformation à froid : critères de plasticité, loi d’écoulement, lois de comportement scalaires. En conclusion, une étude des évolutions structurales en termes de limites d'élasticité et d'écrouissage est faite pour les métaux purs.
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Frank MONTHEILLET : Directeur de recherche au CNRS - École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne - Centre science des matériaux et des structures - Unité CNRS plasticité, endommagement et corrosion des matériaux
INTRODUCTION
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 » constituée d'éléments de volume supposés homogènes, 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.
La métallurgie en mise en forme fait l'objet de deux articles du même traité, où sont abordés respectivement les problèmes de déformation plastique à froid et à chaud, à l'exclusion des procédés impliquant un enlèvement de matière (usinage) et des divers types d'assemblage (soudure, collage, etc.). D'autre part, les questions 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, font l'objet d'articles séparés [19] [20] [21] dans la base « Matériaux métalliques » : [M 3 002] à [M 3 005] et [M 3 012] [M 3 013].
Le présent article est consacré à la mise en forme par déformation plastique à froid. En ce qui concerne la mise en forme à chaud, on consultera l'article suivant [M 3 031].
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Évolutions structurales
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2. Lois de comportement à froid
Nous ne traiterons ici que le cas pratique des polycristaux, qui relève de la théorie de la plasticité (à l'échelle macroscopique). Le comportement de ces matériaux sera considéré comme incompressible et les déformations élastiques négligeables. Le résumé succinct présenté ci-après a pour but d'introduire les principales notions avant de montrer leurs relations avec les échelles méso- et microstructurales. Le lecteur intéressé par plus de détails se reportera à la rubrique « Pour en savoir plus » [Doc. M 3 030].
2.1 Critère de plasticité et loi d'écoulement
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Le critère de plasticité [19] d'un matériau est une relation de la forme :
où j est une fonction des composantes σij du tenseur des contraintes (pouvant dépendre du matériau par ses paramètres) et C une constante du matériau.
Lorsque le chargement imposé est tel que j (σij ) < C, le matériau ne se déforme pas ; lorsque le critère est vérifié, il y a déformation plastique ; enfin, la situation où j (σij ) > C n'a pas de sens dans cette théorie : au cours de la déformation plastique, le paramètre C et éventuellement la fonction j évoluent en effet (écrouissage) de façon telle que, soit le matériau est déchargé (j (σij ) < C ), soit le critère continue d'être vérifié. Pour illustrer cette notion, on prendra pour exemple le critère quadratique de Hill ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SEMIATIN (S.L.), LAHOTI (G.D.), JONAS (J.J.) - Application of the torsion test to determine workability (Application de l'essai de torsion à l'étude de la mise en forme). - In : Metals Handbook. Ninth Edition, American Society for Metals, p. 154-184 (1985).
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(2) - ROSSARD (C.) - Contribution à l'étude de la déformation plastique à chaud des aciers. - Métaux Corrosion Industrie, 415, p. 102-115, mars 1960, et 416, p.190-205, avr. 1960.
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(3) - CAMPBELL (J.D.) - Dynamic plasticity of metals (Plasticité dynamique des métaux). - International Centre for Mechanical Sciences. Courses and lectures, no 46, Springer Verlag (1970).
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(4) - DUMONT (Ch.) - Endommagement de métaux à matrice ductile en traction quasistatique et dynamique. - Thèse, École des Mines de Paris (1991).
-
(5) - HILL (R.) - A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals. - Proc. Roy. Soc. London, Cambridge University Press, A193, p. 281-297, (1948).
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