Malliabilité des métaux : définition, exemples, mesure et facteurs d'influence

La capacité d'un matériau à former une fine feuille par battage ou laminage est l'indicateur classique de la malléabilité. Les non-métaux ne possèdent pas cette propriété. Frappés au marteau, les métaux malléables se plient et se déforment en diverses formes, tandis que les métaux non malléables se fracturent. Or, fer, aluminium, cuivre, argent, plomb sont des exemples de métaux malléables.

Cet article répond aux questions clés sur la malléabilité : définition, exemples, mécanisme, non-métaux, différence avec la ductilité, lien avec la dureté, effets de la température et de l'alliage, méthodes de mesure.

Qu'est-ce que la malléabilité ?

La malléabilité est l'aptitude d'un métal à être martelé, écrasé ou laminé en feuilles minces sans se rompre. C'est la capacité à se déformer sous contrainte de compression. La contrainte de compression maximale supportée sans rupture mesure la malléabilité. Les structures cristallines variées expliquent les différences entre métaux.

On peut faire du « métal en feuille » (ex. : feuille d'or) à partir de matériaux malléables. Beaucoup de métaux très malléables sont aussi très ductiles. Contre-exemple : le plomb, très malléable mais peu ductile. Propriété physique principalement des métaux, la malléabilité concerne surtout les groupes 1 à 12 du tableau périodique.

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Exemples de métaux malléables

Au niveau atomique, la contrainte de compression fait glisser les atomes les uns sur les autres sans rompre les liaisons métalliques. Sous forte contrainte, les atomes changent de position de façon permanente. Exemples : or, argent, fer, aluminium, cuivre, étain, indium, lithium. Produits : feuille d'or, feuille de lithium, indium en grains.

L'or et l'argent sont extrêmement malléables. Le fer à chaud se laminé en tôle. Les non-métaux n'ont pas cette propriété ; les métaux non malléables se brisent. Le zinc est malléable entre 100 et 200 °C, mais cassant au-delà.

Comment fonctionne la malléabilité ?

La structure cristalline détermine la malléabilité. Structures compactes [hexagonale compacte (hcp) ou cubique à faces centrées (fcc)] sont plus malléables que les structures ouvertes [cubique à corps centré (bcc)].

Exemple : or, argent, magnésium (compactes) > vanadium, chrome (bcc). Dans les structures compactes, les atomes sont empilés comme des feuilles planes qui glissent sous contrainte. Les structures centrées ressemblent à du carton ondulé qui ne glisse pas.

Température, impuretés et autres facteurs modifient le comportement. La malléabilité d'un élément ou alliage dépend donc de son environnement.

Les non-métaux sont-ils malléables ?

Généralement non. Exceptions : certains allotropes (soufre plastique) et polymères non-métalliques (certains plastiques). Les éléments non-métalliques purs ne sont pas malléables.

Différence entre malléabilité et ductilité

Malliabilité = déformation sous compression (feuilles).
Ductilité = déformation sous traction (fils).

Le cuivre est à la fois ductile (fils) et malléable (feuilles). La plupart des métaux malléables sont ductiles, mais pas toujours. Plomb et étain : malléables et ductiles à froid, deviennent cassants près de leur fusion. À l'inverse, le chauffage augmente généralement la malléabilité (effet sur les grains cristallins).

Or = ductile + malléable ; Plomb = malléable seulement. La contrainte de compression supportée sans rupture définit la propriété physique. Les différences de structure cristalline influencent les propriétés mécaniques.

Malliabilité et dureté

Métaux durs (antimoine, bismuth) = structure cristalline complexe → difficile de déplacer les atomes sans rupture. Les rangées d'atomes ne s'alignent pas → plus de joints de grains (zones de liaison plus faibles). Les métaux se fracturent aux joints de grains. Plus de joints de grains = plus dur, plus cassant, moins malléable.

La fracture se produit aux joints de grains où les atomes sont moins liés. Moins de joints de grains = plus malléable. L'élévation de température réduit les joints de grains → la plupart des métaux deviennent plus malléables à chaud.

Effet de la température sur la malléabilité

Le nombre de joints de grains diminue avec la température → malléabilité accrue. Un traitement thermique peut rendre malléables des métaux qui ne le sont pas à température ambiante. Exemple : le zinc, cassant à froid, devient laminable au-dessus de 150 °C (300 °F).

Effet de l'alliage sur la malléabilité

L'alliage modifie la malléabilité. Exemple : le laiton (Cu+Zn) est moins malléable que le cuivre ou le zinc purs. L'or 14 carats et l'argent sterling (alliages) durcissent les métaux purs et réduisent leur malléabilité.

Comment mesurer la malléabilité ?

Deux méthodes :

1. Déterminer la contrainte de compression (pression) maximale avant rupture.
2. Mesurer l'épaisseur minimale de feuille atteignable avant fracture.

En résumé

Les métaux malléables se battent et se laminent (tôles fines). Les non-métaux se fracturent. La feuille d'or est aussi un matériau malléable. La plupart des métaux malléables sont ductiles, mais les deux propriétés ne sont pas systématiquement liées.

Cet article a couvert : définition, exemples, mécanisme, non-métaux, malléabilité vs ductilité, malléabilité vs dureté, effets température/alliage, mesure.

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