écrouissage

Lorsque vous déformez un métal de manière répétée par laminage, tréfilage, pliage ou martelage, sa structure cristalline subit un réarrangement permanent. Les dislocations se multiplient et s'enchevêtrent dans le réseau, rendant plus difficile le mouvement ultérieur des atomes. Il en résulte une augmentation mesurable de la résistance à la traction et de la dureté, accompagnée d'une diminution de la ductilité. Ce phénomène, également appelé durcissement par déformation ou écrouissage à froid, est inévitable chaque fois que le métal subit une déformation plastique en dessous de sa température de recristallisation.

La conséquence pratique dépend entièrement de votre objectif. Un tréfileur exploite l'écrouissage intentionnellement: des passages successifs à travers des filières progressivement plus petites écrouissent le fil, augmentant sa résistance sans ajouter de matière. Un fabricant de ressorts s'en sert pour obtenir les propriétés élastiques requises. Inversement, un métallurgiste qui forme une pièce de forme complexe peut trouver que le matériau devient trop cassant pour être travaillé davantage, nécessitant un cycle de recuit pour restaurer la ductilité par recristallisation de la structure.

La mécanique et la mesure

Le degré de durcissement dépend de la quantité de déformation plastique appliquée. Une petite flexion produit un durcissement modeste; plusieurs passages dans des filières ou des impacts répétés produisent un durcissement sévère. Quantitativement, la résistance à la traction peut augmenter de 50 pour cent ou plus dans un matériau fortement écroui par rapport à son état recuit. Cependant, l'allongement à la rupture diminue en conséquence, parfois jusqu'à seulement 2 ou 3 pour cent. La dureté augmente généralement de 20 à 30 points Brinell selon le métal et le taux de déformation.

Différents métaux réagissent différemment. Le cuivre et l'aluminium durcissent de manière significative et rapide; le fer et l'acier montrent des augmentations moins spectaculaires. Le taux de déformation est important: un écrouissage à froid lent et régulier produit un durcissement plus uniforme que des impacts rapides. La température compte également: tout échauffement pendant le travail, que ce soit par frottement ou conditions ambiantes, accélère la récupération et réduit le durcissement net.

Le nom reflète le mécanisme: le travail, au sens physique, est l'énergie appliquée au matériau; cette énergie est emprisonnée dans la structure cristalline déformée sous forme de dureté accrue. L'effet est permanent à moins que le matériau ne soit chauffé au-dessus de son point de recristallisation, qui se situe généralement entre 40 et 60 pour cent de la température de fusion absolue. Pour le cuivre, ce seuil est d'environ 200°C; pour l'acier, beaucoup plus élevé. Comprendre quand l'écrouissage devient un inconvénient plutôt qu'un avantage est essentiel pour planifier toute séquence de travail des métaux.