Température de transition fragile-ductile

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 (mais certains matériaux restent fragiles jusqu'à la fusion, comme le graphite et les céramiques). Cette température est la température de transition fragile-ductile (en anglais : brittle-to-ductile transition temperature, BDTT, ou bien ductile-to-brittle transition temperature, DBTT).

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 bouge par saut d'atomes, donc dépend de l'agitation thermique des atomes). Lorsqu'une dislocation est épinglée à un défaut ponctuel (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 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 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.

On détermine cette température de transition en testant la résilience d'une éprouvete entaillée avec un mouton Charpy (voir aussi Essai mécanique). L'éprouvette est chauffée ou refroidie, puis introduite dans le mouton Charpy ; l'enregistrement de l'énergie de rupture (faible lorsque le matériau est fragile) et l'observation du faciès de rupture (clivage ou fracture transgranulaire lorsque le matériau est fragile, cupules d'arrachement lorsque le matériau est ductile) permet de déterminer le mode de rupture.

La notion de température de transition fragile-ductile a été découverte durant la Seconde Guerre mondiale, à cause de la rupture de barge de débarquement et des liberty ships en Mer du Nord. La méconnaissance de ce phénomène est également une des causes du naufrage du Titanic.