proprietes_mecanique_metaux
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|---|---|---|---|
| Ligne 1: | Ligne 1: | ||
| - | # Propriétés mécaniques des métaux et des alliages | + | ====== |
| - | C'est la teneur en carbone qui détermine les qualités mécaniques des | + | C'est la teneur en carbone qui détermine les qualités mécaniques des aciers dont la plus caractéristique est la dureté obtenue par le procédé de trempe. Suivant cette teneur en carbone, on distingue les aciers doux (C22) et les aciers mi-durs (C35 et C45). La teneur en carbone détermine également la soudabilité d'un métal. Un taux de carbone supérieur à 0.40% nécessite de prendre des précautions. Plus un acier a de carbone, plus il est dur, plus son degré de soudabilité baisse.\\ |
| - | aciers dont la plus caractéristique est la dureté obtenue par le procédé | + | D' |
| - | de trempe. Suivant cette teneur en carbone, on distingue les aciers doux | + | L' |
| - | (C22) et les aciers mi-durs (C35 et C45). La teneur en carbone détermine | + | On peut rechercher au contraire la plasticité d'un métal, c' |
| - | également la soudabilité d'un métal. Un taux de carbone supérieur à | + | On recherchera également à voir comment un acier réagit face aux chocs répétés ou aux efforts. |
| - | 0.40% nécessite de prendre des précautions. Plus un acier a de carbone, | + | |
| - | plus il est dur, plus son degré de soudabilité baisse. | + | |
| - | D' | + | ===== Essais mécaniques ===== |
| - | de l' | + | |
| - | L'élasticité est la propriété que possède un métal | + | Si par héritage du savoir-faire ou habitude, l'utilisateur sait quel acier il doit utiliser, cette connaissance reste trop empirique dans de nombreuses applications. Ainsi, différents essais mécaniques permettent de déterminer |
| - | déformation temporaire sous l'action | + | D' |
| - | revenir ensuite | + | |
| - | effort. C'est grâce | + | |
| - | des outils (scies, pelles, marteaux etc...) sans les déformer de manière | + | |
| - | permanente. La limite élastique (Re) représente le point à partir duquel | + | |
| - | la pièce est déformée de manière permanente. | + | |
| - | On peut rechercher au contraire la plasticité | + | * La résistance |
| - | sa capacité à se déformer et à conserver cette déformation. La | + | * Son élasticité (essai de traction) |
| - | malléabilité | + | * Sa résistance aux chocs (ténacité) |
| - | recherchera cette propriété dans le cadre de l' | + | |
| - | exemple. | + | |
| - | On recherchera également à voir comment un acier réagit face aux chocs | + | \\ |
| - | répétés ou aux efforts. | + | |
| - | ## Essais mécaniques | ||
| - | Si par héritage du savoir-faire ou habitude, l'utilisateur sait quel | + | L'intérêt |
| - | acier il doit utiliser, cette connaissance reste trop empirique dans de | + | Précisons qu' |
| - | nombreuses applications. Ainsi, différents | + | |
| - | de déterminer | + | |
| - | mesurent la capacité d'un matériau à se plier, à s'emboutir... | + | |
| - | D'autres | + | |
| - | - La résistance d'un métal aux efforts | + | ===== Essais |
| - | | + | |
| - | - Son élasticité (essai | + | |
| - | - Sa résistance aux chocs (ténacité) et sa fragilité (essai de | + | |
| - | résilience) | + | |
| + | L' | ||
| + | D' | ||
| + | Voici quelques duretés Brinell de métaux ou alliages usuels : | ||
| + | ^Alliage | ||
| + | |Laitons | ||
| + | |Bronzes | ||
| + | |Aciers extra-doux | ||
| + | |Aciers mi-durs | ||
| + | |Aciers durs |315 HB | | ||
| - | L' | ||
| - | repères pour l' | ||
| - | c' | ||
| - | Précisons qu' | ||
| - | maîtrisée. On connait avec précision leur comportement et donc leurs | ||
| - | constantes physiques, qui ont été établies par une multitude d' | ||
| - | En outre, les aciers sont des matériaux isotropes : ils réagissent de la | ||
| - | même façon aux sollicitations réalisées dans toutes les directions | ||
| - | d' | ||
| - | ## Essais de dureté : méthodes de Brinell par empreinte ou pénétration | + | \\ |
| - | L' | ||
| - | en acier extra dur sur sa surface, à mesurer l' | ||
| - | bille grâce à une réglette (abaque) et lire sa dureté sur un tableau. La | ||
| - | dureté d'un métal, symbolisée par la lettre H (hard en anglais) est la | ||
| - | résistance qu'il offre aux efforts de pénétration. Cet essai a | ||
| - | l' | ||
| - | mesurer la dureté est un duromètre. | ||
| - | D' | ||
| - | méthode Vickers (la bille est remplacée par un diamant), utilisée pour | ||
| - | des métaux très durs (HB supérieur 400) ou la méthode Rockwell (HR). | ||
| - | Voici quelques duretés Brinell de métaux ou alliages usuels : | ||
| - | ::: table__container | + | ===== Essais de résistance par traction ===== |
| - | Alliage | + | |
| - | ------------------- ---------------- | + | |
| - | Laitons | + | |
| - | Bronzes | + | |
| - | Aciers extra-doux | + | |
| - | Aciers mi-durs | + | |
| - | Aciers durs 315 HB | + | |
| - | ::: | + | |
| + | Une façon simple de caractériser le comportement d'un acier est d' | ||
| + | L' | ||
| + | {{https:// | ||
| - | ## Essais de résistance par traction | ||
| - | Une façon simple de caractériser le comportement d'un acier est | + | Cet essai prend de l' |
| - | d' | + | |
| - | fois la notion de résistance à la déformation (limite élastique Re) et | + | |
| - | la notion de résistance à la rupture en traction (Rm). | + | |
| - | L' | + | |
| - | d'en mesurer son point de limite élastique et son allongement jusqu' | + | |
| - | sa rupture. Quand on étire un acier, on entre d' | + | |
| - | élastique : le métal peut revenir à ses dimensions primitives. Puis, on | + | |
| - | atteint le point de la limite élastique (Re). Au-delà, le métal se | + | |
| - | déforme, s' | + | |
| - | cesse d' | + | |
| - | est dans la zone dite de plasticité. Commence alors le phénomène de | + | |
| - | striction Z (diminution du diamètre de l' | + | |
| - | rupture de l' | + | |
| - | + | ||
| - |  soumis à de nombreuses | + | |
| - | sollicitations simples ou composées (flexion, torsion, traction, | + | |
| - | compression, | + | |
| - | apparaitre, notamment en raison de défauts de surface (inclusions | + | |
| - | métalliques, | + | |
| - | d' | + | |
| - | peuvent se propager plus ou moins vite en fonction de la microstructure | + | |
| - | du métal et réduisent la résistance à la fatigue de l' | + | |
| - | pouvoir entraîner sa rupture. | + | |
| Cet essai permet de mesurer : | Cet essai permet de mesurer : | ||
| - | - La ductilité de l' | + | |
| - | | + | |
| - | - La limite élastique (Re) qui représente le point à partir duquel la | + | |
| - | | + | |
| - | - L' | + | |
| - | | + | |
| + | \\ | ||
| - | Ainsi, l' | + | Ainsi, l' |
| - | l' | + | |
| - | - Le module de Young E, ou module d' | + | |
| - | | + | |
| - | - La limite élastique (Re) | + | |
| - | - La résistance à la traction Rm qui définit la limite à la rupture | + | |
| - | - La striction Z | + | |
| - | - L' | + | |
| + | \\ | ||
| - | ::: table__container | + | ^Grandeur |
| - | ----------------------------------------------------------------------- | + | |E |**Souplesse / rigidité**\\ Souple, si E est faible. Rigidité |
| - | | + | |Re |**Dureté**\\ Mou, si Re est faible. Dur, si Re est élevé |
| - | | + | |A |
| - | | + | |
| - | | + | |
| - | si E est élevé | + | |
| - | Re **Dureté** | ||
| - | Mou, si Re est faible. Dur, si Re | ||
| - | est élevé | ||
| - | A | + | \\ |
| - | Fragile, si A est faible. Ductile | + | |
| - | et malléable, si A est élevé | + | |
| - | ----------------------------------------------------------------------- | + | |
| - | ::: | + | |
| + | L' | ||
| + | //Exemple : un acier faiblement allié comme le 30CND8 traité a une résistance minimale de 1100 N/mm² soit 1100 MPa soit 110 kg.// | ||
| - | L' | + | On voit donc que la notion |
| - | millimètre carré | + | |
| - | N/mm² correspond également à 10 KgF/cm² (kilogramme Force par cm²) soit | + | |
| - | 0.10 KgF/mm². | + | |
| - | *Exemple | + | |
| - | résistance minimale de 1100 N/mm² soit 1100 MPa soit 110 kg.* | + | |
| - | On voit donc que la notion | + | * Les caractéristiques |
| - | résistance à la déformation plastique (limite élastique) et la | + | * Les caractéristiques |
| - | résistance | + | |
| - | caractéristiques | + | |
| - | - Les caractéristiques de résistance : résistance à la rupture R et la | + | \\ |
| - | limite élastique Re en traction liées à la dureté H | + | |
| - | - Les caractéristiques de ductilité : allongement A%, striction Z | + | |
| + | > La limite élastique et la charge de rupture expriment la ténacité de l' | ||
| - | > La limite élastique et la charge de rupture expriment la ténacité de | + | \\ |
| - | > l' | + | |
| - | > de ductilité. | + | |
| + | ^Matière | ||
| + | |C22 | | ||
| + | |C35 | | ||
| + | |C40 | | ||
| + | |35NCD16 recuit | ||
| + | |42CD4T | ||
| + | |ETG 100 |300 |1000 |100 | ||
| + | |30CND8T | ||
| + | |TOLE HARDOX 400 |400 (valeur indicative) | ||
| + | |TOLE HARDOX 450 |450 (valeur indicative) | ||
| + | |CUSN12 | ||
| + | |Titane TA6V | | ||
| - | Matière | + | \\ |
| - | ----------------- --------------------------------- ---------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------------------------------- ------------------------------- | + | |
| - | C22 | + | |
| - | C35 | + | |
| - | C40 | + | |
| - | 35NCD16 recuit | + | |
| - | 42CD4T | + | |
| - | ETG 100 | + | |
| - | 30CND8T | + | |
| - | TOLE HARDOX 400 400 (valeur indicative) | + | |
| - | TOLE HARDOX 450 450 (valeur indicative) | + | |
| - | CUSN12 | + | |
| - | Titane TA6V | + | |
| + | On voit ici que des aciers très résistants peuvent se rompre avec des allongements de 10%. Ainsi, pour un acier donné, l' | ||
| + | Il existe des bandes de conversion approximatives entre les échelles de dureté Brinell, Vickers, Rockwell ainsi que la correspondance entre les mesures de dureté et la charge de rupture Rm : | ||
| + | ^HRC | ||
| + | |- | ||
| + | |- | ||
| + | |- | ||
| + | |33.3 |330 |104 |1040 | | ||
| + | |43 |400 |140 |1380 (selon l’épaisseur, | ||
| + | |44.5 |440 |142 |1420 | | ||
| + | |51 |500 |180 |1740 | | ||
| + | |60.1 | | ||
| - | On voit ici que des aciers très résistants peuvent se rompre avec des | ||
| - | allongements de 10%. Ainsi, pour un acier donné, l' | ||
| - | lorsque la résistance augmente. | ||
| - | Il existe des bandes de conversion approximatives entre les échelles de | ||
| - | dureté Brinell, Vickers, Rockwell ainsi que la correspondance entre les | ||
| - | mesures de dureté et la charge de rupture Rm : | ||
| - | ::: table__container | + | \\ |
| - | HRC HB Rm (Kg/ | + | |
| - | ------ ----- ------------- ---------------------------------------------------- | + | |
| - | - | + | |
| - | - | + | |
| - | - | + | |
| - | 33.3 | + | |
| - | 43 | + | |
| - | 44.5 | + | |
| - | 51 | + | |
| - | 60.1 | + | |
| - | ::: | + | |
| + | Concernant les normes en vigueur, l'EN ISO 18265 : 2013 (révision de l'EN ISO 18265 :2003) et l'ASTM A370/E140 définissent les conversions de dureté et les estimations de la résistance à la traction. | ||
| - | Concernant les normes en vigueur, l'EN ISO 18265 : 2013 (révision | + | ===== Essais |
| - | l'EN ISO 18265 :2003) et l'ASTM A370/E140 définissent les conversions | + | |
| - | de dureté et les estimations | + | |
| - | ## Essais | + | Autre caractéristique d' |
| + | Sa mesure est l' | ||
| - | Autre caractéristique d' | + | La ténacité et l' |
| - | (essai Charpy) qui consiste à mesurer la résistance à la rupture d'un | + | |
| - | matériau sous l' | + | |
| - | ténacité (ou résilience K) du matériau. C'est en quelque sorte le | + | |
| - | contraire de la fragilité et sa résistance aux déformations. Ainsi, la | + | |
| - | résilience est l' | + | |
| - | brusques sans rupture. La résilience est souvent une qualité | + | |
| - | recherchée. | + | |
| - | Sa mesure est l' | + | |
| - | résilience peut être mesurée à différentes températures (0°, -20°, | + | |
| - | -40°...) et peut permettre d' | + | |
| - | très basse température. En effet, dans cet essai, on s' | + | |
| - | comportement d'un acier diffère selon la température. C'est un indice | + | |
| - | important pour mesurer la qualité d'un acier[ (voir Aciers de | + | |
| - | construction)]{.is-hidden}. C'est un indice de risque de propagation | + | |
| - | d'une fissure, donc du risque de rupture. | + | |
| - | + | ||
| - | La ténacité et l' | + | |
| - | intéressantes pour les aciers devant résister aux impacts et aux chocs | + | |
| - | que l'on peut trouver dans les camions-bennes utilisés dans les | + | |
| - | carrières. | + | |
| Exemples : | Exemples : | ||
| - | - Hardox Hituf 350 : 95J. -40° : utilisé pour des broyeurs de | + | |
| - | | + | |
| - | - Hardox 400 : 45J. -40° : utilisé pour des fonds de bennes, des | + | |
| - | | + | |
| - | - Hardox 450 : 40J. -40° | + | |
| - | + | ||
| - | Dans ces exemples, plus la dureté augmente, plus la ténacité baisse. | + | |
| - | C'est donc un équilibre entre dureté/ | + | |
| - | fonction de l' | + | |
| - | ## Essais | + | Dans ces exemples, plus la dureté augmente, plus la ténacité baisse. C'est donc un équilibre entre dureté/ |
| - | Les essais précédemment cités ne renseignent pas sur le comportement des | + | ===== Essais |
| - | métaux aux efforts prolongés ou répétés, à la fatigue et leur capacité | + | |
| - | d' | + | |
| - | avoir subi un grand nombre de chocs dont chacun est insuffisant pour | + | |
| - | causer sa rupture. C'est pour cela qu'il existe des essais | + | |
| - | où l'on soumet les métaux à un nombre élevé de sollicitations dont | + | |
| - | chacune est peu intense mais qui finissent par provoquer la rupture de | + | |
| - | l' | + | |
| - | mécaniques sont le plus souvent transmis par des contacts (roulement, | + | |
| - | pignons d' | + | |
| - | connaitre le comportement d'un acier à la fatigue par contact. | + | |
| - | On pratique donc des essais de torsion, de flexion rotative, de chocs | + | |
| - | répétés pour déterminer la résistance d'un acier à la fatigue, son | + | |
| - | endurance, son comportement aux températures élevées (essais de fluage). | + | |
| + | Les essais précédemment cités ne renseignent pas sur le comportement des métaux aux efforts prolongés ou répétés, à la fatigue et leur capacité d' | ||
| + | On pratique donc des essais de torsion, de flexion rotative, de chocs répétés pour déterminer la résistance d'un acier à la fatigue, son endurance, son comportement aux températures élevées (essais de fluage). | ||
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