cassant à froid

Un métal est fragile à froid lorsqu'il devient cassant et se fracture facilement en dessous d'une certaine température, même sous une contrainte mécanique modeste. La fragilité apparaît soudainement à mesure que la température baisse, et non progressivement. L'acier, la fonte et certains alliages de cuivre présentent ce comportement. Une poutre structurelle qui se plie en toute sécurité à température ambiante pourrait se briser comme du verre à moins 20 degrés Celsius.

La fragilité à froid résulte généralement de la présence de phosphore, de soufre ou d'arsenic dans le métal. Ces éléments s'accumulent aux joints de grains, affaiblissant les liaisons entre les cristaux. L'effet s'aggrave avec une teneur en carbone plus élevée et une taille de grain plus grande. Des ajouts de manganèse et de nickel peuvent supprimer la fragilité à froid en contrecarrant ces effets de ségrégation. C'est pourquoi l'acier de construction pour basses températures contient des ajouts délibérés de manganèse et des limites strictes de phosphore spécifiées dans des normes comme l'ASTM A572.

Variantes et impact pratique

La fragilité à froid diffère de la fragilité à chaud (fragilité à haute température, généralement due à l'oxygène ou au soufre). Un métal peut souffrir de l'une, des deux ou d'aucune. L'acier de pipeline utilisé dans les environnements arctiques doit être testé pour sa température de transition à l'aide d'essais d'impact comme l'essai Charpy V-notch, qui mesure l'énergie absorbée avant la rupture sur une plage de températures. L'acier ayant une faible résistance à la fragilité à froid montrera une forte baisse de l'énergie absorbée en dessous de sa température de transition.

La température de transition ductile-fragile (TTDF) définit le seuil. Les aciers inoxydables austénitiques et les alliages d'aluminium ont généralement une TTDF bien inférieure aux conditions de service normales. Les métaux cubiques centrés comme l'acier ferritique et la plupart des fontes ont une TTDF plus élevée et sont sujets à la fragilité à froid à moins d'être soigneusement contrôlés. La pratique de conception en tient compte: les pipelines arctiques utilisent de l'acier avec une TTDF inférieure à moins 40 degrés Celsius, tandis que les applications tempérées tolèrent des températures de transition plus élevées.

Le terme «fragile» reflète l'apparence de la rupture fragile: la rupture est courte et soudaine, avec peu de déformation permanente, plutôt que le long étranglement ductile observé lors d'une rupture à température ambiante. C'est un défaut de matériau, pas un défaut de traitement, bien que le traitement puisse réduire la gravité par l'affinage des grains et le contrôle des éléments.