Température de transition fragile-ductile
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La ductilité d'un matériau dépend de nombreux paramètres, dont notamment la température et le vitesse de déformation.

Concernant la température, la plupart des matériaux cristallins sont fragiles à basse température et deviennent ductiles au dessus d'une certaine température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) (mais certains matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) restent fragiles jusqu'à la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à...), comme le graphite et les céramiques). Cette température est la température de transition fragile-ductile (La ductilité d'un matériau dépend de nombreux paramètres, dont notamment la température et le vitesse de déformation.) (en anglais : brittle-to-ductile transition temperature, BDTT, ou bien ductile-to-brittle transition temperature, DBTT).

Explication du phénomène

Cette transition fragile-ductile peut s'expliquer par la mobilité des dislocations (défauts linéaires propageant la déformation) : le mouvement des dislocations est thermiquement activé (la dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant à une discontinuité dans l'organisation de la structure cristalline....) bouge par saut d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un...), donc dépend de l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types d'opérations liées à...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) des atomes). Lorsqu'une dislocation est épinglée à un défaut ponctuel (En géométrie, un point est le plus petit élément constitutif de l'espace de travail.) (atome étranger, lacune), elle se libère plus facilement lorsque la température s'élève.

On cherche à abaisser cette température afin que les matériaux restent fonctionnels à des températures plus basses. En général, on purifie le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux...) et pour les aciers, on diminue la teneur en carbone ; ainsi, il y a moins de possibilité d'épinglage des dislocations, celles-ci sont plus mobiles. La désulfuration des aciers réduit également grandement la fragilité (La fragilité est l'état d'une substance qui se fracture lorsqu'on lui impose des contraintes mécaniques ou qu'on lui fait subir des déformations brutales (c'est-à-dire sous forme de choc), sa...) intergranulaire, et contribue à l'abaissement de cette température de transition. Pour les aciers, on a ainsi abaissé cette limite entre 0 °C et -100 °C.

Détermination de cette valeur

On détermine cette température de transition en testant la résilience d'une éprouvete entaillée avec un mouton (Le mouton (Ovis aries) est un mammifère domestique herbivore de la famille des bovidés, de la sous-famille des Caprinés et du genre Ovis. L'homme élève le mouton...) Charpy (voir aussi Essai mécanique). L'éprouvette est chauffée ou refroidie, puis introduite dans le mouton Charpy ; l'enregistrement de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de rupture (faible lorsque le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) est fragile) et l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) du faciès de rupture (clivage ou fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de continuité osseuse ("rupture" des os).) transgranulaire lorsque le matériau est fragile, cupules d'arrachement lorsque le matériau est ductile) permet de déterminer le mode de rupture.

Historique

La notion de température de transition fragile-ductile a été découverte durant la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une...) Guerre mondiale, à cause de la rupture de barge de débarquement et des liberty ships en Mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.). La méconnaissance de ce phénomène est également une des causes du naufrage du Titanic (Le RMS Titanic est un paquebot transatlantique britannique de la White Star Line, construit sous l'initiative de Joseph Bruce Ismay en 1907. Il a été conçu par...).

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