Lorsqu'une contrainte mécanique est appliquée à un objet solide, cela dépendra de la structure du solide s'il se déforme en diverses formes sans se casser ou non. Les matériaux qui se déforment facilement sans se casser lorsqu'ils sont soumis à une pression mécanique sont considérés comme malléables. Les matériaux qui se déforment facilement lorsqu'ils sont soumis à une contrainte de traction sont considérés comme ductiles.
Définition de malléable
Le mot malléable vient du latin médiéval malléabilis, qui lui-même vient du latin originel malléare, signifiant "marteler".
Les matériaux malléables peuvent être facilement déformés sans se rompre sous pression mécanique, ou « contrainte de compression ». Étant donné que ces matériaux ne se cassent pas lorsqu'ils sont déformés, ils peuvent être forcés dans différentes formes ou minces feuilles. Cela peut être fait par martelage, pressage ou laminage.
Un exemple courant de matériau malléable est or, qui est souvent compressé en feuille d'or pour une utilisation dans l'art, l'architecture, les bijoux et même la nourriture. D'autres métaux malléables comprennent le fer, le cuivre, l'aluminium, l'argent et le plomb, ainsi que le zinc, un métal de transition à certaines températures. De nombreux matériaux très malléables sont également très ductiles; le plomb est une exception, avec une faible ductilité et une malléabilité élevée.
Définition de ductile
La ductilité est étroitement liée au concept de malléabilité. Alors que la malléabilité est liée à la contrainte de compression ou à la pression mécanique, la ductilité est liée à la contrainte de traction ou à l'étirement mécanique.
« Ductile » vient du mot latin ductile, ce qui signifie "qui peut être mené ou tiré".
Quelque chose qui est ductile (parfois aussi appelé tractile) peut être facilement étiré ou étiré en un fil mince. Le cuivre ductile est un bon exemple de malléabilité et de ductilité, pouvant être pressé et roulé en feuilles ainsi qu'étiré en fils.
Les métaux sont souvent mélangés sous forme d'alliages pour améliorer leurs propriétés physiques. L'acier à haute résistance est un exemple d'alliage qui a une ductilité plus élevée que n'importe lequel de ses métaux constitutifs, et il est souvent utilisé dans les avions, les voitures et autres applications d'ingénierie.
Comment les métaux se déforment
Les couches d'ions dans un métal peuvent se déplacer et glisser les unes sur les autres sans rompre leurs liaisons métalliques; c'est ce qui permet à un métal de se plier ou de s'étirer sans se casser. Cependant, certains métaux plus durs n'ont pas de couches claires et ont plutôt une structure cristalline avec des unités d'atomes plus petites.
Ces amas unitaires d'atomes, appelés céréales, ont des joints entre eux appelés joints de grains. Plus un métal a de joints de grains par unité de volume, moins il aura de malléabilité ou de ductilité. Le métal sera au contraire plus cassant et aura tendance à se briser le long de ces joints de grains.
Les matériaux sont plus malléables et plus ductiles lorsqu'ils présentent des dislocations ou des ions manquants dans la structure en couches. Ces défauts peuvent se déplacer à travers la structure cristalline du métal au fur et à mesure qu'il se déforme, augmentant sa capacité à se déformer sans se casser.
Lorsque la plupart des métaux sont chauffés, leurs grains deviennent plus gros. Les atomes sont alors dans une structure plus régulière et peuvent plus facilement glisser les uns sur les autres sans rompre leurs liaisons. Cela permet aux métaux d'être plus facilement déformés. Le "travail à froid" fait le contraire: déformer le métal lorsqu'il fait froid crée plus de joints de grains, rendant le métal rigide et cassant.
Fait intéressant, certains métaux montrent également élasticité. Lorsqu'une très petite quantité de contrainte est exercée sur un métal, les atomes démarrer se rouler l'un sur l'autre. Mais ensuite, lorsque la contrainte est relâchée, les atomes reviennent à leurs positions d'origine. De plus grandes quantités de stress modifient la position des atomes de façon permanente.