MÉTALLOGRAPHIE Essais mécaniques

Les différents types de fluage

Le fluage est le phénomène suivant lequel un matériau, soumis à un effort constant et maintenu à une température donnée, se déforme en fonction du temps. Il s'agit d'une déformation lente qui peut conduire à la rupture du métal. Cette déformation s'exprime généralement par l'allongement subi par une éprouvette soumise à un effort de traction uniaxial. Cependant, le fluage se distingue de la déformation plastique de traction habituelle en ce qu'il se poursuit après l'application de la contrainte. La température du phénomène a un rôle fondamental : en effet, suivant la température absolue T des essais de fluage, la déformation ε varie en fonction du temps selon une loi différente et l'on peut considérer trois types principaux de fluage : le fluage logarithmique, le fluage restauration et le fluage diffusion.

Le fluage logarithmique est le fluage qui intervient aux basses températures dans le domaine 0 < T < 0,25 T_f, où T_f désigne la température absolue de fusion du matériau considéré. Il s'exprime par une loi de la forme :

Le fluage diffusion est le fluage des hautes températures dans le domaine T > 0,6 T_f, où les phénomènes d'autodiffusion des atomes du matériau se superposent aux effets de la contrainte.

Le fluage restauration est le fluage des températures intermédiaires, c'est-à-dire :

0,25 T_f < T < 0,6 T_f. Il s'exprime par une loi de la forme ε = at^m + bt + c, où a, b, c, m sont des constantes et la courbe ε (t) qui le représente (, courbe II) a un aspect caractéristique qui met en évidence trois stades :

– Après l'allongement instantané correspon dant à la mise en charge du matériau, apparaît le fluage transitoire ou parabolique ou primaire pour lequel la vitesse de fluage décroît suivant une loi ε = kt^-n.

– Ensuite succède le fluage stationnaire ou secondaire avec une vitesse constante.

– Enfin, le troisième stade correspond au fluage tertiaire ou accéléré, où la vitesse de fluage croît progressivement jusqu'à une valeur maximale correspondant à la rupture du matériau, avec apparition d'une striction localisée analogue à celle qui se produit au cours de la rupture par traction d'un métal ductile. L'importance relative de ces trois stades dépend de la température et de la contrainte. D'autre part, la déformation totale déterminée par les stades primaires et secondaires du fluage restauration est généralement beaucoup plus grande que la déformation instantanée due à la mise en charge du matériau.

Importance relative des divers types de fluage

Ces trois types de fluage (logarithmique, restauration et diffusion) se distinguent non seulement par leurs domaines de température d'existence et par la déformation qu'ils déterminent, mais aussi par leur relation avec la contrainte appliquée : la vitesse de fluage est presque insensible à la valeur de l'effort dans le fluage logarithmique, extrêmement sensible dans le fluage restauration et proportionnelle à l'effort dans le fluage diffusion.

C'est surtout le fluage restauration qui intéresse, en général, l'utilisation pratique des matériaux ; c'est lui, par ailleurs, qui a fait l'objet de la plupart des recherches aussi bien expérimentales que théoriques. Il est en effet plus facile pour ce type de fluage de relier la forme de la courbe déformation-temps à l'évolution de la structure microscopique ou submicroscopique[...]