Ductilité
La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer
plastiquement. Ductile est synonyme de
« malléable », c'est le contraire de « dur ».
La déformation plastique est une déformation
irréversible, qui permet entre autres la mise en forme de pièces métalliques
(laminage, tréfilage, pliage, estampage) ; c'est aussi un mode de déformation qui absorbe beaucoup d'énergie (par exemple déformation d'un mousqueton d'alpinisme lors d'une chute). Pour une déformation à mémoire de forme il y a le
fil en Nitinol (alliage de nickel-titane-cuivre).
En sciences des matériaux, la ductilité se
mesure de plusieurs manières :
- par l'allongement à la rupture : on prend une pièce (appelée éprouvette) cylindrique et l'étire jusqu'à ce qu'elle casse
(essai de traction) ; l'allongement à la rupture est l'allongement plastique (en %) de la pièce avant qu'elle ne casse
- par la limite élastique: dans un essai de traction, c'est la contrainte (en MPa) à partir de laquelle on passe d'un mode de
déformation élastique (réversible, cf. un ressort) à un mode plastique;
- par les essais de dureté (par exemple Vickers, Brinell ou Rockwell): on prend une pointe normalisée (une
pyramide ou une bille) et on l'appuie avec une force donnée pendant un temps donné; on mesure la taille de la trace laissée.
L'unité utilisée est le « degré de dureté » (unité arbitraire), dans le cas de l'essai Vickers, c'est le « degré
Vickers Hv ».
Un matériau ductile a un allongement à la rupture important, une limite élastique faible et une dureté
faible; par exemple, le plomb, l'or.
Un matériau dur a un allongement à la rupture faible (voir nulle), une limite élastique importante et une
dureté importante; par exemple, le diamant, le quartz, les céramiques.
La ductilité d'un matériau dépend de la température et de la vitesse de déformation. Cela fait intervenir des notions telles
que
- la mobilité des dislocations,
avec notamment la température de transition fragile-ductile (brittle-to-ductile transition temperature BDTT);
- la restauration et la recristallisation dynamique;
- la diffusion et le fluage.
Pour matériaux cristallins, la ductilité intrinsèque (c'est-à-dire liée au matériau et pas aux conditions de déformation) est déterminée par;
- le nombre de systèmes de glissement disponibles: en effet, la déformation plastique se fait par glissement de plans
cristallographiques denses selon des directions denses, certaines structures en possèdent plus que d'autres; cela explique la
ductilité des cristaux ayant une symétrie cubique à faces centrées (cfc) comme l'or, le plomb ou l'aluminium; par ailleurs, dans le cas des alliages ordonnés
(oxydes, intermétalliques...), certains modes de déformation sont bloqués (nécessité de
respecter l'alternance chimique à tout moment);
- la pureté: les atomes étrangers (intersticiels ou en substitution) viennent épingler les dislocations et gênent leur
mouvement
- l'unicité de la phase: s'il y a des précipités, on a un
durcissement structural (les précipités bloquent les dislocations);
- la taille des cristallites: les joints de grain bloquent les
dislocations, plus les cristallites sont petits, plus il y a de joints de grain (cf. loi de Hall-Petch, la limite élastique est
proportionnelle à la racine carrée du diamètre moyen des cristallites).
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