D - Laboratory of Construction Materials LMC

Les metaux II
Propriétés mécaniques et tests

Le mouvement des dislocations donne la
limite d’écoulement plastique
- ou la limite élastique
From Introduction à la
Science des
Matériaux, Mercier,
Zambelli and Kurz,
PPUR 1999

Propriétés caracteristique
1.
2.
Limite d‘élasticité ≅
limite d’écoulement plastique (yield stress)
L’allongement à la rupture / L’energie de rupture
Résilience et ténacité

Limite d’ecoulement plastique
contrainte
Limite
d‘écoulement
plastique
R 0.2
0.2%
Déformation
élastique
ε pl résiduelle
Déformation
plastique
déformation

R 0.2
• Besoin de convention
• Pour la plupart des constructions mécanique des déformation
aussi faibles que 0.2% sont insignifiantes
• Limite plus facilement déterminable
• (Pour la mécanique de précision on détermine parfois R 0.02 de
manière analogue)
• La valeur s’obtient en augmentant graduellement la force de
traction jusqu’à ce que, après chargement, l’allongement
résiduel atteigne la valeur cherchée ou l’on peut une ligne
parallèle à la droite élastique passant par ε = 0.2%

Comparaison résistance théorique et la
limite d’élasticité conventionnelle
Métal σ theor
GPa
R 0.2
GPa
σ theor /
R 0.2
Al pur 3.8 0.02 190
Cu pur 7.3 0.01 730
Fe pur 13.4 0.06 220
Acier au
carbone
Acier
maraging
13.4 0.5 27
11.3 3.0 3.8
Fe whisker 13.4 13.1 1.03
R 0.2
Déformation 0.2%

Rupture

La rupture
ductile fragile
Avec déformation plastique Sans déformation plastique
Mouvement des dislocations Propagation des fissures
Consommation de
beaucoup d’énergie
Consommation de
peu d’énergie

Éprouvette avec têtes filetées
• Fixation simple et sûre
• Pour comparer les résultats d’allongement à
rupture:
L 0 =
S
0
const
d 0
L 0
S 0
L c = L 0 + d 0
Éprouvettes plat, 5.65, L 0 = 5.d 0
la
Éprouvettes cylindriques, 11.3, L 0 = 10.d 0

• Pour les faibles taux de déformation plastique,
l’allongement de l’éprouvette s’accompagne d’une
contraction homogène sur toute la longueur de
l’échantillon.

From Foundations of Materials Science and Engineering, W.F. Smith, McGraw Hill 1993

• Pour les faibles taux de déformation plastique,
l’allongement de l’éprouvette s’accompagne d’une
contraction homogène sur toute la longueur de
l’échantillon.
• A partir d’un taux de déformation critique
correspondant au maximum observé dans la courbe
de contrainte nominale-déformation, la contraction
devient plus importante en un endroit précis de
l’éprouvette – un phénomène de striction
• L’endroit où se forme la striction est aléatoire
• Un fois une striction est formée, parce que le
déformation est localisé, la rupture arrive rapidement

contrainte
Limite
d'élasticité
R e
Striction
/ necking
déformation

La rupture
ductile fragile
Avec déformation plastique Sans déformation plastique
Movement des dislocations Propagation des fissures

L’effet d’entaille
2c
δc
σ
Critère de rupture de Griffith
πa
σ =
2 γE
= K1
2γE
πa
L’intensité de contrainte
c

Travail de Griffith sur les fibres de
Strength, GPa
verre
5
4
3
2
1
0
0 10 20 30
Fibre thickness, um
La résistance des
fibres augmente
quand son épaisseur
diminue
σ ∝
c
1
c

• Pour les métaux, les contraintes critiques son
généralement plus elevées que le valeur obtenue
avec l’énergie de surface.
• Le propagation de la fissure est liée à une
déformation plastique
• L’énergie à fournir pour la création de la fissure
dépasse la valeur de l’énergie de surface
⎛ a ⎞
K = σ
πa
⋅ f ⎜ ⎟ > K1
⎝ w ⎠
c

Consumation d’energie pendant rupture
contrainte
Ferrite + perlite
Consumation d’énergie
déformation

Résistance à la rupture, MPa
Zone de
rupture ductile
2000
1600
1200
800
400
0
Resistance critique pour propagation des fissures
Limite d’ecoulement plastique
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Longeur de la fissure a/w
a
w
Acier de construction Fe E 460
Zone de
rupture fragile

Résistance à la rupture, MPa
2000
1600
1200
800
400
0
Acier de précontrainte
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Longeur de la fissure a/w
a
w

Résistance à la rupture, MPa
2000
1600
1200
800
400
0
Acier de précontrainte
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Longeur de la fissure a/w
a
w
Acier de construction Fe E 460

Les angles acut aussi augmente la
tendance de rupture fragile

Liberty Ships
SS Schenectady 1943
http://www.mech.uwa.edu.au/DANotes/fracture/maritime/maritime.html

Mouton de Charpy

L’essai de dureté – Hardness test
•
•
•
•
•
•
•
Caractérise la résistance à la déformation plastique d’un
matériau dans un manière simple et rapide
La dureté = la résistance opposée par l’éprouvette à
pénétration d’un corps plus dur
La géométrie de l’écoulement plastique lors d’un essai de
dureté est complexe
≠
une analyse du comportement mécanique au même titre
que l’essai de traction
Il ne fournit qu’une seule valeur
Peut être pratiquer sur les surfaces plane de quelques mm 2
Presque non destructif
la

Bille de diamètre D
en acier trempé
Dureté min
6 kN/mm 2
Pyramide régulière
à base carré
Angle entre 2 faces
opposées: 136°
Rockwell
Cone en diamant
Angle au
sommet: 120°

Mode d’application
de la charge
Valeur mesurée
BRINELL, HB VICKERS, HV ROCKWELL,
HR
Chargement
progressive pendant
15s, maintien 15s
puis décharge
Moyenne de 2
diamètres ⊥, d
Avantages D étant relativement
large, convient pour
les matériaux
hétérogènes
Inconvénients Fonction de la
charge. Formation de
bourrelets au bord de
l’empreinte
2P
HB =
πD(
D − D
2
− d
2
Comme HB Précharge P 0 , puis
charge
supplémentaire et
retour à P 0
Moyenne de 2
diagonales, d
Pratiquement
indépendant de la
charge. Convient
bien pour le pièces
minces
Ne convient pas pour
les matériaux
hétérogènes
Profondeur de
pénétration, h
Mesure la plus
simple, possibilité
d’acquisition de
données
automatiques
Dispersion
importantes de
mesures
1.
854.
P
HV = HR =
100 − 500h
2
d