fragile à chaud

Un métal est fragile à chaud lorsqu'il devient cassant et sujet aux fissures alors qu'il est encore à haute température, typiquement pendant le laminage, le forgeage ou le moulage. Ce n'est pas un état permanent; le même métal peut être parfaitement ductile une fois refroidi. La fragilité se produit dans une plage de température spécifique, généralement entre la température ambiante et le point de fusion, et fait que le métal cède sous les contraintes appliquées pendant le travail à chaud.

La fragilité à chaud dans l'acier est le plus souvent causée par des impuretés de soufre. Le soufre forme des composés avec le fer, en particulier le sulfure de fer, qui créent des joints de grains faibles. Lorsque l'acier chauffe, ces phases de sulfure ramollissent et perdent de leur résistance plus rapidement que le métal environnant, créant des sites où des fissures s'amorcent sous déformation. D'autres éléments peuvent également provoquer la fragilité à chaud: l'oxygène dans le cuivre, le phosphore dans certains alliages, et le bismuth ou le plomb dans le laiton produisent tous des effets similaires à leurs températures de travail respectives.

Reconnaissance et conséquence

Un métal fragile à chaud présente des fissures de surface, des fentes ou un éclatement pendant ou immédiatement après le travail à chaud. Un forgeron ou un lamineur travaillant avec un matériau fragile à chaud verra la pièce céder de manière inattendue, parfois de manière explosive si la pièce est contrainte. En fonderie, la fragilité à chaud produit une porosité interne et des fractures lorsque le métal en solidification se contracte et se déchire au niveau des joints de grains faibles. Le défaut est immédiatement évident: la pièce se brise simplement là où elle devrait plier.

La prévention repose sur le contrôle de la composition. Les aciéristes maintiennent le soufre en dessous des seuils critiques (historiquement autour de 0,03 pour cent pour de nombreuses nuances) et utilisent des désoxydants comme l'aluminium ou le silicium pour lier l'oxygène. Le manganèse est ajouté à l'acier en partie parce qu'il lie le soufre en sulfure de manganèse, qui est moins nocif que le sulfure de fer. Les alliages de cuivre sont désulfurés, et le plomb ou le bismuth sont rigoureusement exclus des matériaux destinés au travail à chaud.

Le terme reflète le paradoxe: un matériau peut être structurellement sain et ductile à froid, mais céder complètement à la chaleur. C'est pourquoi les métallurgistes distinguent la fragilité à chaud de la fragilité à froid (cassant à froid), et pourquoi les spécifications de composition pour les matériaux de travail à chaud sont plus strictes qu'elles ne le paraissent. Un acier étiqueté «acier de travail à chaud» a été formulé spécifiquement pour éviter la fragilité à chaud sur sa plage de travail prévue.