Solide et basse températures

[invite251213]

Bonjour à tous ,

Ma question porte sur les solides soumis à des températures très basses .

En dessous d'une certaine température , ( qui dépend des conditions experiméntales ) , certains corps solides deviennent très cassants .

Cela me parait contre-intuitif : pour moi , plus la temperature baisse , plus les particules qui constituent le solide possédent une énergie cinétique moyenne faible , la distance moyenne entre deux particule dans le solide va donc diminuer , les interactions entre particules deviendront donc "plus fortes" , rendant le solide "plus apte à résister à une contrainte".

D'où mes deux questions :

-Est-ce que tous les solides (corps purs ou composés ) deviennent cassants à basse température ?

-De plus , a-t-on une explication à ce phénoméne ?
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[mc222]

Salut, tu as tout a fait raison:

Un solide "a" froid est plus résistant qu'un solide "a" chaud tu n'a qu'a voir par exemple le chocolat au frigo.

Par contre plus il sera froid, plus il sera fragile, cassant.

La resistance est la capacité d'un matériaux à résister à une force ( kg.m/s²)

La fragilité ( inverse de la Résilience ) est la capacité d'un corps à résister à un choc ( kg.m²/s²)

Ainsi, du verre que tu laisse tombé de 1 m de haut se cassera alors que du chocolat (pas trop froid) non.

Pourtant , si tu te pend à un morceau de verre, tu tiendra surment, alors qu'a un morceau de chocolat...

[mc222]

Tout les matériaux, en baissant de température gagnent en résistance mais perdent en résilience.

[invite251213]

OK , merci pour la réponse :> .

Donc pour la premiére question , c'est emballé et pesé : Tous les solides deviennent plus cassants .

Maintenant , reste à répondre à la deuxiéme question .: expliquer pourquoi la fragilité et la résistance d'un solide augmenteraient avec la température .

A priori j'expliquerais ca avec des histoires de forces entre particules du solide mais pour expliquer l'augmentation de la résilience , aucune idée , autant l'idée que j'avancais dans mon premier poste semble de loin aller avec l'augmentation de la résistance , autant pour la fragilité , je vois pas ( peut-etre des phénoménes de diffusion , ou le fait que le solide va pouvoir absorber plus d'énergie lors d'un hoc en se deformant ...) .

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

c'est un problème de mobilité des constituants du solides les par rapport aux autres. Un solide, tout immobile et placide qu'il paraisse, est très dynamique à l'intérieur (diffusion, montée de dislocations, etc, voir dans un cours de physique des matériaux pour plus de détails).
Plus les constituants sont mobiles, plus le matériau est déformable sans rupture (on parle de déformation élastique -reversible- et de déformation plastique). En effet, si ils sont plus mobiles, ils peuvent se réarranger dans le solide au fur et à mesure qu'une contrainte (pas trop forte évidemment) est appliquée. Or, plus la température est haute, plus ces constituants sont mobiles : ils sont plus agités et moins liées entre eux.
Ce qui fait que non seulement en refroidissant ils sont plus durs (constituants plus liées), mais aussi plus cassant (pas de réarrangement sous l'effet d'une contrainte qui va casser irrémédiablement les liaisons).

m@ch3

[invitee02e39fc]

bonjour j'ai une petite question à ce propos : si l'on prend un solide (de l'acier nottament) et qu'on le descend à basse température (environs -20°C) et que l'on le laisse après à l'air libre, va t'il conserver la fragilitée induite par le froid ?

je prends l'exemple en mécanique pour le montage d'un roulement, l''arbre devant recevoir le roulement a été refroidi au fréon R33 (T° d'évap -22°C) et le roulement en question trempé dans l'huile chaude puis montée sans transition sur l'arbre.

Ma question est donc la suivante : es-ce que l'effet thermique infligé peut avoir des conséquences sur le matériau et sa résistance future ?

Nota : l'arbre et le roulement ont étés remontés par la suite et il n'y a pas eu de casse.

[mach3]

es-ce que l'effet thermique infligé peut avoir des conséquences sur le matériau et sa résistance future ?

j'ignore si c'est le cas ici, mais un traitement thermique peut affecter la structure cristalline d'un alliage et donc modifier ses propriétés mécanique. C'est le cas pour la martensite (article de qualité plutot médiocre, pas le temps de faire mieux à l'instant...) par exemple.

m@ch3

[invite4b0d1657]

Bonjour,

n'oublions pas que le fait de rajouter des impuretés augmente la résistance et la dureté, par exemple en rajoutant du carbone dans le fer on obtient de l’acier bien plus résistant que le fer, si il y a beaucoup de carbone on obtient de la fonte qui est très dur mais plus cassante.

Et puis il y a tous les traitements calorifique, trempe, recuits, etc..

La trempe on chauffe l’acier et le refroidit brusquement. On obtient un acier plus dur mais trop cassant, on le recuit (chauffe puis refroidit doucement) et il reste dur mais devient moins cassant.

L’homme fait ces traitements depuis des siècles sans connaitre la structure atomique.

Est-ce que la mécanique quantique a pu améliorer ces procédés ?

Who knows?

[invitee02e39fc]

oui, ça se sont les traitements thermiques à haute température, moi je parle de traitements à basse température mais après avoir laissé le métal revenir à température normal à l'air libre. Celà modifie t'il la résistance ou la duretée ? ou alors rien du tout ?