3
.
2
-
Comportement macroscopique d’une éprouvette en métal en traction simple
Durant la première partie de l’essai, l’éprouvette a un comportement élastique linéaire. Théoriquement, la pente de la droite est égale au module de YOUNG. Il y a réversibilité totale et instantanée de la déformation.
La déformation élastique est suivie de la déformation plastique.
D’abord, l'allongement de l'éprouvette est accompagné d'une contraction homogène (uniforme) sur toute la longueur de l'échantillon. À partir d'un certain taux de déformation critique (contrainte maximale) la contraction de la section cesse d'être homogène et devient de plus en plus importante en un seul endroit. On parle du phénomène de striction. Dès le début du processus de striction, la section locale diminue rapidement et la résistance à l’allongement de l'éprouvette qui est proportionnelle à la section diminue également.
Lorsque la rupture se produit l'éprouvette se contracte de manière brutale en restituant l'énergie stockée. Cette contraction s'accompagne d'une émission sonore qui a pour origine la transformation de l'énergie élastique en énergie cinétique.
3
.
3
-
Comportement microscopique de l’éprouvette en métal en traction simple
La déformation élastique réversible est sous la dépendance de l’énergie des liaisons interatomiques. La force de rétraction élastique résulte d'un déplacement minime des atomes du solide de leur position d'équilibre. L'énergie de cohésion de ces solides est très élevée. Les forces de rétraction élastique sont intenses, le module d'élasticité est élevé et le domaine élastique réversible limité.
Que se produit-il physiquement lorsque la limite élastique est atteinte ?
L’échantillon sur lequel on exerce une traction peut être considéré comme un empilement de plans atomiques. La déformation plastique des matériaux cristallins ductiles provient du glissement irréversible de certains plans les uns par rapport aux autres, similaire à celui d’une pile de pièces de monnaie soumise à un cisaillement.
Ce glissement se produit suivant certains plans et selon certaines directions cristallographiques. Les plans de glissement actifs dans les métaux, dont les structures cristallographiques les plus courantes sont CC, CFC et HC, sont les plans de plus forte densité atomique. Par ailleurs dans chacun de ces plans, la direction de glissement est la direction cristallographique de plus grande densité atomique.
On appelle système de glissement, la combinaison d’un plan de glissement et d’une direction de glissement située dans ce plan. Le nombre de systèmes de glissement possibles pour une structure cristalline donnée fournit une première indication sur la ductilité de cette structure.
Les métaux cubiques sont donc les plus ductiles.
La cission critique correspond à la contrainte nécessaire pour enclencher les premiers glissements cristallographiques. Au delà de cette valeur, le matériau entre dans le domaine plastique et se déforme de façon permanente.
Or on trouve une différence de 3 à 4 ordres de grandeur entre les valeurs théoriques et les valeurs expérimentales de la cission critique de glissement. La valeur expérimentale de la limite élastique est de 103 à 104 fois plus faible que sa valeur théorique.
Les dislocations permettent d’expliquer ce décalage.
Les dislocations sont des défauts linéaires qui peuvent se déplacer sous l’action d’une cission beaucoup plus faible que la cission théorique nécessaire pour produire un cisaillement absolu égal à une distance interatomique selon la direction du glissement.
Les dislocations permettent de rompre une ou deux liaisons interatomiques seulement, aussi il n’est pas nécessaire de rompre simultanément l’ensemble des liaisons du plan de glissement pour obtenir le déplacement du plan d’une distance interatomique.
4/12
