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Ductilité et fragilité

1850
Essai de traction d'échantillons métalliques dans le laboratoire de science des matériaux pour l'évaluation de la ductilité et de la fragilité.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La ductilité est une mesure de la capacité d'un matériau à subir une déformation plastique importante avant rupture, souvent quantifiée par le pourcentage d'allongement ou la réduction de la surface. Les matériaux ductiles, comme l'acier, présentent une longue zone plastique sur leur courbe contrainte-déformation. La fragilité est l'inverse ; les matériaux fragiles, comme la céramique ou la fonte, se cassent avec peu ou pas de déformation plastique.

La distinction entre comportement ductile et fragile est clairement visible sur la courbe contrainte-déformation. Un matériau ductile présente une déformation significative après la point de rendement et avant le point de rupture. Cette large aire sous la courbe après la limite d'élasticité indique que le matériau peut absorber une grande quantité d'énergie avant de se rompre. Cette propriété est cruciale pour la sécurité dans de nombreuses applications d'ingénierie, car une rupture ductile fournit un avertissement visuel (par exemple, une flexion ou un étirement) avant un effondrement complet. Les principales mesures de ductilité sont le pourcentage d'allongement, [latex](frac{L_f – L_0}{L_0}) times 100[/latex], et le pourcentage de réduction de section, [latex](frac{A_0 – A_f}{A_0}) times 100[/latex], où l'indice ‘f’ désigne la dimension finale à la rupture.

À l'inverse, un matériau fragile présente très peu de déformation après sa limite d'élasticité. La contrainte de rupture est souvent proche de la résistance à la traction ultime, et la rupture survient soudainement et sans avertissement. Les céramiques, les verres et certains polymères en sont des exemples classiques. Le comportement d'un matériau peut également dépendre des conditions extérieures. Par exemple, de nombreux aciers ductiles à température ambiante subissent une transition ductile-fragile à basse température, un phénomène qui a conduit à des ruptures catastrophiques, comme celle des Liberty Ships pendant la Seconde Guerre mondiale.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Science des matériaux

Taper

Propriété matérielle

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • metallurgical practices of annealing and tempering to control material properties
  • observations des modes de défaillance des matériaux dans les premières structures d'ingénierie
  • développement de l'essai de traction comme méthode de caractérisation standard

Applications

  • sélection de matériaux pour les applications nécessitant un formage (par exemple, carrosseries automobiles)
  • conception des structures pour garantir une défaillance progressive (ductile) plutôt que catastrophique (fragile)
  • procédés de tréfilage et d'extrusion de métaux
  • assessing material performance at low temperatures, where many materials become brittle

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développement de la fonte ductile pour remplacer la fonte cassante
  • céramiques renforcées avec des microstructures conçues pour augmenter la ductilité
  • conception de bâtiments parasismiques qui reposent sur la ductilité des armatures en acier
  • mélange de polymères pour créer des plastiques résistants aux chocs
  • contrôle de la granulométrie des métaux pour optimiser l'équilibre entre résistance et ductilité
  • analyse de la mécanique de la rupture pour prédire la défaillance des structures contenant des fissures
  • développement de verres métalliques massifs à ductilité améliorée
  • conception de composants critiques pour la sécurité tels que les réservoirs sous pression et les fuselages d'avions
  • dispositifs électroniques flexibles construits sur des substrats ductiles
  • matériaux biomimétiques qui imitent les hiérarchies ductiles-fragiles des matériaux naturels comme les os
Voir aussi : ductilité, fragilité, déformation plastique, rupture, allongement, réduction de la surface, rupture ductile, rupture fragile, comportement des matériaux, courbe de contrainte-déformation.

Contexte historique

Ductilité et fragilité

1788
1834
1850
1850
1850
1850
1867
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850
1860
1870

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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