La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement. Ductile est synonyme de "malléable", c'est le contraire de "dur".
La déformation plastique est une déformation irréversible, qui permet entre autres la mise en forme de pièces métalliques (laminage, tréfilage, pliage, estampage) ; c'est aussi un mode de déformation qui absorbe beaucoup d'énergie (par exemple déformation d'un mousqueton d'alpinisme lors d'une chute).
En sciences des matériaux, la ductilité se mesure de plusieurs manières :
- par l'allongement à la rupture : on prend une pièce (appelée éprouvette) cylindrique et l'on tire dessus jusqu'à ce qu'elle casse (essai de traction) ; l'allongement à la rupture est l'allongement plastique (en %) de la pièce avant qu'elle ne casse
- par la limite élastique : dans un essai de traction, c'est la contrainte (en MPa) à partir de laquelle on passe d'un mode de déformation élastique (réversible, cf. un ressort) à un mode plastique ;
- par les essais de dureté (par exemple Vickers, Brinell ou Rockwell) : on prend une pointe normalisée (une pyramide ou une bille) et on l'appuie avec une force donnée pendant un temps donné ; on mesure la taille de la trace laissée. L'unité utilisée est le "degré de dureté" (unité arbitraire), dans le cas de l'essai Vickers, c'est le "degré Vickers Hv".
Un matériau ductile a un allongement à la rupture important, une limite élastique faible et une dureté faible ; par exemple, le plomb, l'or.
Un matériau dur a un allongement à la rupture faible (voir nulle), une limite élastique importante et une dureté importante ; par exemple, le diamant, le quartz, les céramiques.
La ductilité d'un matériau dépend de la température et de la vitesse de déformation. Cela fait intervenir des notions telles que
- la mobilité des dislocations, avec notamment la température de transition fragile-ductile (brittle-to-ductile transition temperature BDTT) ;
- la restauration et la recristallisation dynamique ;
- la diffusion et le fluage.
Pour matériaux cristallins, la ductilité intrinsèque (c'est à dire liée au matériau et pas aux conditions de déformation) est déterminée par ;
- le nombre de systèmes de glissement disponibles : en effet, la déformation plastique se fait par glissement de plans cristallographiques denses selon des directions denses, certaines structures en possèdent plus que d'autres ; cela explique la ductilité des cristaux ayant une symétrie cubique à faces centrées (cfc) comme l'or, le plomb ou l'aluminium ; par ailleurs, dans le cas des alliages ordonnés (oxydes, intermétalliques...), certains modes de déformation sont bloqués (nécessité de respecter l'alternance chimique à tout moment) ;
- la pureté : les atomes étrangers (intersticiels ou en substitution) viennent épingler les dislocations et gênent leur mouvement
- l'unicité de la phase : s'il y a des précipités, on a un durcissement structural (les précipités bloquent les dislocations) ;
- la taille des cristallites : les joints de grain bloquent les dislocations, plus les cristallites sont petits, plus il y a de joints de grain (cf. loi de Hall-Petch, la limite élastique est proportionnelle à la racine carrée du diamètre moyen des cristallites).
