MÉTAUX Superplasticité des métaux
Caractéristiques du phénomène de superplasticité
Influence de la valeur d'un coefficient de sensibilité à la vitesse
Si l'on regroupe les expressions (8) et (13), on peut définir une pseudo-équation d'état mécanique :
La contrainte vraie qui provoque la déformation est donc fonction de la déformation déjà conférée et de la vitesse de déformation. Dans le cas des matériaux classiques, ou pour les matériaux superplastiques hors de leur domaine de superplasticité, les deux termes du second membre de l'équation (16) peuvent exercer des effets comparables : en effet, on a alors n ≤ 0,3 et m ≤ 0,2.
Au contraire, dans le cas des matériaux présentant un comportement superplastique, n est très faible tandis que m est le plus souvent compris entre 0,5 et 1 (du moins, dans un certain domaine de vitesses de déformation).
Comportements plastique et superplastique
Encyclopædia Universalis France
Ces résultats sont schématisés par les courbes de la figure 6, dans laquelle on notera en particulier l'aspect sigmoïde caractéristique de la courbe β (fig. 6a) correspondant aux matériaux superplastiques, ainsi que l'existence d'un extremum dans la courbe β′ (fig. 6b), de part et d'autre duquel s'étend le domaine de superplasticité.
Par suite, la caractéristique essentielle de l'état superplastique est que le coefficient de sensibilité à la vitesse présente une valeur élevée ; d'autre part, cette condition n'est satisfaite que dans une gamme critique de vitesses de déformation.
Une valeur élevée de m justifie-t-elle à elle seule un comportement superplastique ? De fait, à partir des équations (6) et (13), on peut écrire :
Donc, si m = 1, la réduction progressive de section est indépendante de S, de sorte que la poursuite de la déformation n'a pas tendance à créer une striction locale, et l'écoulement demeure stable : autrement dit, un étranglement fortuit sera simplement étiré et ne s'accusera pas de façon catastrophique.
Au contraire, si m est faible (m ⪡ 1), la vitesse de réduction locale de la section (dans la zone de striction) augmente très vite au fur et à mesure que S diminue, et l'écoulement devient instable.
Comme l'a montré C. Rossard, l'écoulement stable superplastique peut, en pratique, être observé pour des valeurs m ≥ 1/2 ou m ≥ 1/3, selon que l'on opère respectivement à vitesse de traction ou à vitesse de déformation constante.
Dans ce contexte, un dernier point important est à signaler : du fait de la stabilité de l'écoulement en superplasticité, les anomalies constitutionnelles (irrégularité de surface, fissures, microcavités...) n'exercent pas ces effets souvent catastrophiques que l'on observe dans le cas des matériaux classiques, qui se traduisent par une chute de ductilité ou conduisent à des ruptures prématurées.
Influence de l'état structural du matériau
Matériaux superplastiques
Encyclopædia Universalis France
Les matériaux cristallins qui présentent un comportement superplastique sont assez nombreux : le tableau en donne quelques exemples. Ils ne sont capables de ce comportement que s'ils présentent naturellement, ou si on leur confère volontairement, une structure micrographique singulière par un traitement thermique convenable. Cette structure est constituée de grains équiaxes très petits (de l'ordre du micromètre) appartenant à deux phases distinctes, dont la ductilité propre est similaire et dont les proportions relatives sont sensiblement du même ordre. Les structures à grains très fins sont éminemment instables dans le cas des métaux purs ; par suite, les matériaux superplastiques sont nécessairement des alliages, le plus souvent de nature eutectique ou eutectoïde. La stabilité structurale de ces structures fines polyphasées est donc liée au phénomène d'inhibition de croissance qu'exercent les petits grains de l'une des phases en présence sur les cristaux de l'autre, et réciproquement.[...]
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Écrit par
- Georges CIZERON : professeur à l'université Paris-Sud, Orsay, directeur du laboratoire de structure des matériaux métalliques, Orsay
Classification
Médias
Intérieur d’un tuyau métallique
Kichigin/ Shutterstock
Courbe de traction : caractéristiques
Encyclopædia Universalis France
Traction uniaxiale
Encyclopædia Universalis France
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