Laboratoire

Question 1

Qu’est-ce qui conduit a la déformation d’un matériau?

Answer 1

L’application de contrainte

Question 2

Qu’arrive t’il si la contrainte appliquer est plus faible/forte que la limite élastique?

Answer 2

Il subit une déformation élastique, donc reprend ça forme originale (faible).
Il subit une déformation plastique, subit une déformation permanante (forte)

Question 3

Loi de Hooke?

Answer 3

Pour de faible déformation : Permet de décrire la relation qui existe entre la contrainte uniaxiale σ et la déformation ε dans le domaine élastique:

Question 4

Qu’est que le module d’élasticité/module de Young?

Answer 4

La constanteE qui dépend du matériau constitue la pente de la portion linéaire de la courbe contrainte-déformation. On appelle cette constante le module d’élasticité ou module d’Young. Le module d’élasticité est une propriété qui traduit la rigidité du matériau

Question 5

A quoi sert un appareil de flexion?

Answer 5

permet d’appliquer un poids à l’extrémité libre de la poutre fin de la faire fléchir. Une jauge montée sur la poutre permet de mesurer les déformations en
fonction de la contrainte imposée

Question 6

Considérons un matériau isotrope soumis, dans le domaine élastique, à une contrainte
uniaxiale. Dans quelle sens sera la déformation?

Answer 6

Cette contrainte entraîne une déformation dans le sens de la contrainte. Une déformation de signe opposée apparaît également dans une direction perpendiculaire à ladirection de la contrainte.

Question 7

Qu’est-ce qu’exprime le coefficient de poisson?

Answer 7

Le coefficient de Poisson exprime en valeur absolue le rapportentre la déformation transversale et axial. Le coefficient de Poisson est également nécessaire pour relier la contrainte et la déformation biaxiale dans un état de contraintes plane.

Question 8

Combien de jauge faut-il pour trouver le coefficient de poisson avec l’appareil de flexion?

Answer 8

Il faut 2 jauges de déformation. L’une d’entre elles est installée dans la direction longitudinale et l’autre est placée à 90° parrapport à la première

Question 9

Parle moi des jauges.

Answer 9

Les jauges utilisées pour cette série d’expériences sont collées à la surface des poutres de manière à suivre les déformations imposées à la poutre. La jauge s’allonge lorsqu’elle est soumise à des contraintes de tension et le lecteur de déformation affiche une valeur positive. À l’opposé, lorsque des contraintes de compression sont appliquées, cette même jauge est comprimée et les lectures de l’appareil sont négatives.

Question 10

Le lecteur de déformation fonctionne selon quel pont? et combien de résistance?

Answer 10

Wheatstone

qui doit comprendre quatre résistances

Question 11

Quel type de branchement est utilisé pour le laboratoire?

Answer 11

Quart de pont

Question 12

Quand est-ce que la contrainte dans la section transversale est maximale

Answer 12

Lorsqu’une charge uniaxiale est appliquée sur une éprouvette de section uniforme

Question 13

Pour ce qui est de la contrainte transversale, elle devrait être nulle puisque la contrainte transversale est nulle. Que vaut la contrainte minimale dans la poutre ?

Answer 13

0 MPa

Question 14

Dans les matériaux, ou est-ce que les contraintes sont généralement concentrée ?

Answer 14

Près des défauts : un trou,

une entaille, un changement de section dans une pièce

Question 15

Qu’arrive t-il la lorsqu’une contrainte qui s’exerce sur un matériau fragile est supérieure à la limite d’élasticité?

Answer 15

Il se rompt brusquement sans déformation plastique apparente.

Question 16

Qu’est qu’un défauts peut avoir comme influence?

Answer 16

Même lorsque la contrainte moyenne est inférieure à la limite élastique, un défaut peut provoquer une concentration importante des contraintes qui peuvent alors dépasser la contrainte critique à cet endroit.

Question 17

Pour un matériaux ductile, qu’arrive-t-il au dela de la limite élastique?

Answer 17

Au-delà de la limite élastique, un matériau ductile se déforme entraînant un durcissement local de la pièce et une redistribution des contraintes ce qui peut empêcher une rupture soudaine.

Question 18

Par quoi est marqué un matériau moi?

Answer 18

Par une empreinte plus profonde et plus large qu’un matériau dur.

Question 19

Dureté Brinell

Answer 19

Un indenteur sphérique est enfoncé au moyen d’une charge dans la surface du spécimen et le diamètre de l’empreinte est mesuré.

L’indenteur est une bille d’acier ou de carbure de tungstène (diamètre:10 mm). Pour une dureté
Brinell entre 450 et 650 HB, il est fortement recommandé d’utiliser une bille de carbure de
tungstène. Une charge comprise entre 500 kgf (matériaux mous) et 3000 kgf (matériaux durs) est
appliquée pendant 10 à 15 s.

Question 20

Exemple de notation de la dureté Brinell:

Answer 20

380 HB 10/3000 (pour une dureté de 380 unités Brinell

mesurée avec une charge de 3000 kgf et une bille de 10 mm).

Question 21

Dueté rockwell

Answer 21

Un indenteur pénètre la surface du spécimen en deux étapes. Tout d’abord une précharge est appliquée et l’indenteur s’enfonce à une profondeur h1 dans le matériau. Puis la charge maximale est appliquée et retirée et la profondeur rémanente est notée (h2). La différence de profondeur (h2- h1) constitue une mesure de la dureté. Plus la différence est élevée plus le matériau est mou

L’indenteur peut être soit un diamant de forme conique (angle au sommet de 120º) soit une bille d’acier dont le diamètre varie entre 1/16 et ½ pouce. Le choix d’un indenteur et d’une charge établit l’échelle de mesure Rockwell. Les charges maximales sont de 60, 100 ou 150 kgf pour la dureté Rockwell conventionnelle. La précharge est de 10 kgf.

Question 22

Exemple de notation de dureté Rockwell

Answer 22

64 HRC (dureté de 64 sur l’échelle Rockwell “C”

Question 23

Exemples d’applications typiques pour la dureté Rockwell

Answer 23

Échelle de dureté Applications
A Aciers en tôles minces, carbures cémentés
B Aciers doux, cuivreux, alliages d’aliminium
C Aciers et fontes de dureté moyenne à élevées
D Aciers et fontes
E Alliages d’aluminium et de magnésium
F Alliages cuivreux

Question 24

Dureté Rockwell superficielle

Answer 24

Même principe de prise de mesure que pour l’essai de dureté Rockwell. La précharge est de 3 kgf alors que la charge maximale peut être de 15, 30 et 45 kgf.

Rockwell N: cône de diamant Rockwell T: bille de 1/16 po de diamètre (1.59 mm)

Permet de mesurer la dureté avec un minimum de pénétration sur des couches superficielles durcies ou pour des couches cementées, nitrurées ou trempées superficiellement. Il y a une conversion possible de la dureté Rockwell superficielle vers la dureté Rockwell, Brinell, Vickers, etc, pour certains alliages particuliers

Question 25

Dureté Vickers

Answer 25

Un indenteur, constitué d’un diamant pyramidal à base carrée, est enfoncé au moyen d’une charge dans la surface du spécimen. Les diagonales principales de l’empreinte sont mesurées

La charge peut être choisie entre 1 et 120 kgf. L’échelle de dureté est continue et très étendue. La dureté
Vickers indépendante de la charge appliquée (sauf pour les très faibles charges). Un bon état de surface
(polissage) est nécessaire pour l’essai Vickers.
L’ épaisseur de la pièce dont on mesure la dureté Vickers doit être au moins 1.5 fois la longueur de la
diagonale (d).

Question 26

Exemple de notation de dureté Vickers

Answer 26

Notation: 40 HV 30 : Dureté de 400 Vickers mesurée avec une charge de 30 kgf.

Question 27

Microdureté

Answer 27

À titre d’exemple, ce type de mesure permet de déterminer par exemple, (1) des gradients de dureté sur des distances très courtes; (2) la dureté des phases différentes dans un matériau; (3) la dureté des couches superficielles, cémentées ou carburées. C’est essentiellement un essai de type non-destructif, car la charge appliquée varie habituellement entre 25 g et 1000 g (on peut descendre jusqu’à 1 g dans des cas particuliers).

Question 28

Microdureté Vickers

Answer 28

Indenteur: diamant pyramidal à base carrée dont l’angle au sommet entre les faces vaut 136°. Les
diagonales de l’empreinte sont mesurées avec un microscope optique (l00 X, 400 X ou 1000 X).

Question 29

Microdureté Knoop

Answer 29

Indenteur: diamant pyramidal à base losange (pyramide Knoop). L’angle obtu au sommet est de
172° 30’ et l’angle aigu 130°. Seule la grande diagonale de l’empreinte en forme de losange est
mesurée. La microdureté Knoop est particulièrement utile pour mesurer la dureté de revêtements
minces. On utilise pour ce type de dureté la surface projetée de l’empreinte.

Question 30

Notiation Knoop

Answer 30

Notation: 400 HK 100 (Dureté de 400 Knoop mesurée avec une charge de 100 g)

Question 31

De quoi dépend la dureté?

Answer 31

La dureté dépend à la fois de la limite élastique et de la capacité de durcissement par dé-
formation.

Question 32

Épaisseur minimale des tôles et plaques métalliques

Answer 32

Pour les mesures de dureté Rockwell, Vickers et Brinell il existe des balises qui permettent de prévoir les épaisseurs limites en deça desquelle il ne faut pas tenter de mesure de dureté car le substrat pertubera la mesure.

Question 33

Quelques précautions pour obtenir des mesures valides

Answer 33

L’épaisseur d’une pièce doit être environ dix fois plus épaisse que la profondeur de l’empreinte faite par l’indentation. Choisir une méthode de mesure avec une échelle appropriée considérant la nature du matériau, sa dureté approximative de la pièce et son épaisseur.

Pour des essais successifs, la distance entre les centres de deux empreintes voisines doit être au moins 3-4 fois le diamètre de l’empreinte.

La distance du centre d’une empreinte au bord de la pièce doit être au moins 2.5 fois le diamètre de l’empreinte.

La table sur laquelle le spécimen est placée doit être propre et fixée solidement (éviter de faire vibrer la table, l’appareil ou la composante pendant la mesure). La pièce doit être tenue solidement, et sa surface perpendiculaire à la direction d’application de la charge. Sa surface doit être propre et d’un fini acceptable pour la méthode de mesure choisie.

Le taux d’application et la durée d’application de la charge peuvent affecter la mesure dans le cas des matériaux mous (ex. polymères, plomb): surveiller ce point suivant la norme applicable.

Question 34

Points sur lesquels il faut porter une attention particulière au laboratoire de dureté?

Answer 34

Après la mesure de dureté Vickers, portez attention au refoulement de matière et à la déformation du métal au voisinage de l’indentation (déformation plastique).

Examinez également l’endos d’une tôle mince après une mesure. (déformation

Dans le cas de mesures Vickers, discutez de la forme de l’empreinte. (empreinte sous forme de losange) Notez toute anomalie
(forme en baril, incurvée, asymétrie, etc.).

Question 35

Avantage et désavantage de la méthode rockwell

Answer 35

Il nécessite aucune préparation de l’échantilon, possibilité de lecture direct de la valeur de dureté, méthode rapide et avantageuse, test non destrucif, échantillon peut être réutilisé.

Inconvénient : Ce n’est pas très précis. car une erreur minime de mesure de différence de profondeur entraine une erreur importante de la valeur de dureté. le point d’essai doit être propre

Question 36

Avantage et désavantage de la méthode Vickers

Answer 36

Avantage : Mesurer la dureté de tout les matériaux et tous les échantillon qu’ils soient tendres ou dur. Un seul pénétrateur peut être effectuer.

Incon: Bon état de la surface de l’échantillon. Méthode lente comparativement a rockwell, entre 30 et 60s. Plus chere, car le testeurs de dureté Vicers doit être équipés d’une optique et sont plus chere que Rockwell

Question 37

Avantage et désavantage de la méthode Brinell

Answer 37

Possibilité de tester des matériaux non homogène. Il y a de nombreuses force d’essai et de diamètre de billes différentes pour diverse application.

Incon : Bon état de surface, grand risque de déformation du matériaux. Limité au matéraux très durs et les échantillons de très faible épaisseur. Lentte : 30 a 60s.

Question 38

Unité de mesure de Brinell?

Answer 38

kgf/mm^2 ou 1kgf = 9,81N

Question 39

Dans quelles cas peut s’appliquer la relation approximative entre la dureté Brinell et la
résistance à la traction des aciers? Cette relation est-elle valide pour tous les alliages ferreux
et pour les alliages d’aluminium?

Answer 39

Il est possible ‘établir des relations entre la dureté et la résistance en traction. De telle relations ont été établie pour les aciers au carbonne soit bruts de laminage, soit traité thermiquement, les aciers inoxydable et les alliages non ferreux.

Une relation entre la résistance en tration et la dureté de Brinell et la suivnt : sigma (MPa) = 3.45 (HB) ou sigme (Ksi) = 0.5 (HB)

Question 40

Quel est l’avantage de la microdureté Knoop sur la microdureté Vickers pour la mesure de
gradients de dureté?

Answer 40

a charge égale, la profondeur de pénétration du diamant pénétrateur de Knoop est inférieure de moitié a celle du Vickers, pour cette raison Knoop est plus appropriée aux essais des matériaux de très faible épaisseur. De plus, a profondeur de pénétration égale, la diagonal de Knoop est environ 3 fois plus longue que les diagonales de Vickers, ce qui signifie que la méthode Knoop offre une plus grande précision de mesure, sourtout pour les charges d’essai très faibles.

Question 41

Qu’est-ce qui différencie la dureté Brinell et l’indice de dureté Meyer?

Answer 41

Lors du travail a froid, les duretés Meyer sont plus constante et indépendant de la charge.

Question 42

Quelles caractéristiques permettent de choisir une méthode de mesure pour évaluer la dureté
d’une tôle? Expliquez aussi comment on sélectionne l’échelle de dureté Rockwell appropriée.

Answer 42

L’épaisseur d’une pièce doit être environ dix fois plus épaisse que la profondeur de l’empreinte faite par l’indentation

Choisir une méthode de mesure avec une échelle appropriée considérant la nature du matériau, sa dureté approximative de la pièce et son épaisseur.

Question 43

Comment doit-on écrire en abrégé une dureté Rockwell C de 40 ou une dureté Brinell de 600
mesurée en utilisant une charge de 3000 kgf et une bille de 5 mm de rayon?

Answer 43

Pour Rockwelle : 40 HRC

Pour Brinell : 600 HB 5/3000

Question 44

Quelles informations peut-on obtenir de la mesure suivante: 65 HR45-T?

Answer 44

La dureé de 65 sur l’échelle 45T de rockwell

Question 45

En quoi consiste la relation de Meyer?

Answer 45

P=A*d^m. Représente la variation de la diagonale de l’emprinte d comme un fonction de la charge appliquée P.

Question 46

Vous devez faire des microdureté Vickers : indiquez pourquoi vous devriez choisir la plus
grande charge possible pour effectuer la mesure.

Answer 46

Car pour la dureté de Vickers, il faut mesurer l’empreinte laisser par la pénétration ou les diagonales de l’empreinte. Donc en appliquant la plus grande charge possible, les empreintes seront plus visibles.
La dureté Vickers indépendante de la charge appliquée**

Question 47

A quoi sert la courbe contrainte déformation :

Answer 47

On peut apprécier le comportement mécanique d’un matériau métallique chargé en tension

Question 48

Quels sont les deux type de comportement chez les matériaux métallique?

Answer 48

le comportement fragile (matériau qui ne tolère qu’une faible déformation avant rupture) et le comportement ductile (celui qui tolère une déformation plastique importante avant rupture). ++Dession

Question 49

Limite élastique vraie

Answer 49

microdéformations de l’ordre de 2.10-6 mm/mm. La limite élastique vraie étant très faible, elle est fonction de la sensibilité des instruments. Ces microdéformations découlent du mouvement d’un nombre relativement faible de dislocations et dans ce domaine la loi de Hooke s’applique entièrement. La limite élastique vraie présente peu d’intérêt pratique
pour l’ingénieur.

Question 50

Limite de proportionnalité

Answer 50

C'est la contrainte à partir de laquelle la loi de Hooke n'est plus valide et où la courbe contrainte-déformation n’est plus linéaire. Le module d’élasticité E est la
pente de la droite de proportionnalité

Question 51

Limite d’élasticité:

Answer 51

C’est la contrainte la plus élevée qui peut être imposée au matériau sans qu’il n’y ait de déformation permanente mesurable. Une sensibilité de l’ordre de 10-4po/po est utilisée pour l’évaluer et sa détermination précise n’est pas aisée.

Question 52

Le point d’écoulement (Yield point)

Answer 52

Cette propriété existe pour l’acier structural et
certains autres alliages d’acier. C’est la contrainte correspondant au palier d’étirement. Suivant la
vitesse d’application de la charge, il y a apparition de bandes de métal déformées aux points de
concentration des contraintes (bandes de Lüders).

Question 53

La limite élastique de l’ingénieur (Yield strength):

Answer 53

C’est une contrainte nécessaire pour
produire une légère déformation résiduelle dans l’échantillon. La norme ASTM E8 indique une
déformation permanente de 0.2% (0.002 mm/mm). La définition usuelle de cette propriété est le
“offset yield strength” (Fig. 2) . Pour l’obtenir, il suffit sur le graphique S vs e, de tracer une droite parallèle à la portion linéaire à une distance o-m de .002 mm/mm, et à déterminer le lieu de rencontre avec la courbe de traction.

La déformation plastique commence lorsque la limite élastique est épassée. Au fur et à mesure
que la déformation augmente le métal devient plus résistant, il y a durcissement par écrouissage t la charge requise pour continuer à déformer l’échantillon doit être augmentée, et ce jusqu’à la
charge maximale qui correspond à la résistance maximale en traction.

Question 54

La résistance à la traction (UTS):

Answer 54

C’est la contrainte nominale maximale que le matériau peut supporter sans provoquer la rupture. Cette contrainte correspond à la charge maximum avant
l’affaissement final de la courbe max

La résistance à la traction est souvent spécifiée dans les résultats d’un essai de traction. Des relations empiriques ont été établies entre la résistance à la traction et des propriétés telles la dureté et la résistance à la fatigue qui, dans la pratique, peuvent être fort utile. Rappelons qu’il est souvent préférable de considérer la limite élastique en conception car la résistance à la traction est calculée alors que le matériau a déjà entamé sa plastification.

Question 55

Charge à la rupture:

Answer 55

Pour un métal ductile le diamètre du spécimen commence à diminuer rapidement après la charge maximale. Ainsi, la charge requise pour continuer l’allongement décroît jusqu’au point de rupture. La charge à la rupture est donc, la plupart du temps inférieur à la charge ultime.

Question 56

Contrainte vraie et déformation vraie:

Answer 56

Il est important de rappeler que la contrainte dans la
pièce est égale à la charge divisée par la section. Ainsi lorsque les déformations augmentent, la
contrainte vraie est plus importante que celle montrée par la courbe de contrainte- déformation,
où on ne tient compte que de Ao et Lo. Dans la région élastique il y a peu de différences étant
à donné les faibles déformations. De la limite élastique jusqu’à la striction, on a:
Contrainte vraie  = P/A = S (1+e)
P: charge instantanée
A: aire instantanée
Déformation vraie ε = ln (1+e)
Ces calculs ne sont pas applicables au-delà de la striction

Chez plusieurs métaux et alliages, on peut formuler une relation empirique entre la contrainte
vraie et la déformation vraie. La relation empirique suivante (dite d’Hollomon) est parfois
vérifiée dans le domaine des déformations plastiques uniformes soit entre la limite élastique et la
striction:
 = Kn
avec - n est le coefficient de durcissement par écrouissage
- K est le coefficient de résistance
Pour plusieurs métaux 0.1 < n < 0.5. D’autres relations plus complexes ont aussi été proposées

Question 57

Qu’ententons par fatigue?

Answer 57

On entend par fatigue ou endommagement par fatigue, l’altération des propriétés mécaniques des matériaux consécutive à l’application d’efforts cycliques, ce processus pouvant entraîner la rupture des composantes ainsi sollicitées.

Question 58

Qu’appelle-t-on endurance?

Answer 58

On appelle endurance la résistance continue à la fatigue pour un nombre illimité (ou arbitrairement grand) de cycles.

Question 59

Qu’est-ce qui est particulier a la fatigue?

Answer 59

Ce qui est bien particulier à la fatigue et qui la rend difficilement prévisible, c’est que la rupture peut se produire pour des contraintes relativement faibles en apparence, souvent bien inférieures à la limite d’élasticité d’un alliage, lorsque leur application est répétées un grand nombre de fois. L’endommagement par fatigue ne s’accompagne en général d’aucune modification apparente de la forme ou de l’aspect de la pièce

Question 60

Quels zones sont présente sur le faciès de rupture par fatigue?

Answer 60

Cette rupture se produit brutalement et le faciès de rupture présente deux zones distinctes:
une zone lisse, qui est la cassure de fatigue proprement dite, sur laquelle on peut observer des
lignes d’arrêt successive, et une zone d’arrachement, qui est la zone de rupture finale.

Question 61

Qu’arrive-t-il avec la flexion rotative?

Answer 61

Avec la flexion rotative, toutes les fibres, sauf la fibre neutre, sont successivement tendues puis comprimées. La valeur de la contrainte exercée sur chaque fibre varie linéairement avec sa distance à la surface où la fibre externe supporte la contrainte maximale. Pour ces fibres externes qui sont les plus sollicitées, l’amplitude de la variation sinusoidale de l’effort est maximale: c’est
cette amplitude qui intervient dans le calcul de la contrainte

Question 62

Distinguer les domaines suivants:
I. Zone de fatigue plastique oligocyclique, sous fortes contraintes. La rupture survient après un très petit nombre d’alternances et est précédée d’une déformation plastique notable.

II. Zone de fatigue ou d’endurance limitée, où la rupture est atteinte après un nombre limité de cycles, nombre qui croît quand la contrainte décroît.

III. Zone d’endurance illimitée ou zone de sécurité, sous de faibles contraintes, pour laquelle la rupture ne se produit pas avant un nombre Nf donné de cycles supérieur à la durée de vie envisagée pour la pièce (107,108 ou 109). Notons que pour des contraintes maximalesinférieures à d, c’est à dire, inférieures à (1/3 à 1/2) de la charge de rupture, les conditions de formation des préfissures sont rarement réunies ou alors leurs dimensions n’atteignent pas la taille critique.

Answer 62

La zone de fatigue plastique ologocyclique est la partie la plus haute de la courbe.

La partie de fatigue et d’endurance limitée ce situe dans la zone de transition.

La aprtie ‘endurance illimitée, ce trouve dans le bas de la courbe.

++ graphique.

Question 63

PROPAGATION DE FISSURES

Answer 63

Le chargement cyclique provoque la formation de
microfissures à partir desquelles émerge une fissure principale qui chemine perpendiculairement
à la contrainte principale la plus élevée.

Question 64

Essaie charpy

Answer 64

L’étude des phénomènes reliés à la rupture fragile des matériaux est très importante car elle permet de comprendre et de mieux prévenir les ruptures catastrophiques en service. Les essais de résilience ou d’impact permettent de comparer dans des conditions
semblables la quantité d’énergie requise pour rompre brutalement les matériaux. Ils peuvent également permettre de déterminer la facilité avec laquelle une fissure peut être initiée et se propager dans un matériau. L’aspect de la rupture permet souvent de distinguer le type de rupture: un faciès de rupture fragile est généralement caractérisé par une absence de déformation plastique macroscopique et une surface de fracture granuleuse et brillante. Une rupture ductile génère une surface plutôt fibreuse et mate

Question 65

Par quelle facteur est favorisé la rupture fragile?

Answer 65

La rupture fragile est favorisée par certains facteurs:

• La présence d’une entaille ou fissure qui introduit un champ de contrainte (en traction) triaxiale où les contraintes de cisaillement sont faibles.
• L’application rapide d’une charge limite les possibilités de déplacement des dislocations (donc de déformation plastique autre que par mâclage).
• Le caractère massif de la pièce qui augmente le caractère triaxial des contraintes en fond d’entaille (état plan des déformations).
• Une température basse surtout pour les alliages cubiques centrées (ex.: les aciers) : augmentation de la cission critique et décohésion des plans (clivage)

Question 66

ECHANTILLONS UTILISÉS LORS DES ESSAIS CHARPY

Answer 66

L’échantillon Charpy normalisé possède une section carré de 10 mm x 10 mm, et une longueur de 55 mm au centre duquel peut être usinée, si nécessaire, une entaille en V de 45 degrés, de 2 mm de profondeur et de 0.25 mm de rayon de courbure à la racine de l’entaille. Le rayon de courbure exerce un effet sur l’énergie absorbée pour la rupture.

Question 67

LES EFFETS D’UNE ENTAILLE

Answer 67

a présence d’une entaille dans une pièce métallique a deux effets complémentaires.Elle provoque une concentration des contraintes et une élévation de la triaxialité.

Au voisinage d’une entaille, l’effort est multiplié par un “facteur de concentration des contraintes”, qui dépend de la forme et de la profondeur l’entaille. Ce facteur peut être définicomme le rapport de la contrainte maximale à la contrainte nominale. Il augmente rapidement avec la sévérité de l’entaille.

Un effet de la concentration des contraintes est de provoquer une déformation plastique localisée des alliages ductiles au voisinage du fond de l’entaille. Si la rupture est fragile, il n’y a déformation plastique qu’au voisinage immédiat du fond de l’entaille, donc faible absoption d’énergie. Au contraire, si la rupture est ductile, une déformation plastique importante survient
jusque vers le centre de l’éprouvette et une plus grande quantité d’énergie est requise (absorbée) pour propager la fissure.

Question 68

Qu’appelle-t-on tiaxialité?

Answer 68

On appelle triaxialité en un point d’un champ de contraintes le rapport de la plus petite à la plus
élevée des contraintes principales appliquées en ce point. Ces contraintes sont appelées 1, 2 etOn appelle triaxialité en un point d’un champ de contraintes le rapport de la plus petite à la plus
élevée des contraintes principales appliquées en ce point. Ces contraintes sont appelées 1, 2 et 3

La triaxialité est la valeur du rapport 3/1. Un état de tension pure correspond donc à une triaxialité nulle, un état de tension hydrostatique à une triaxialité de un.
Plus la triaxialité est élevée, plus les efforts principaux doivent être élevés pour que se produise une déformation plastique. Pour une triaxialité unitaire, le critère exprime le fait que la déformation plastique ne peut se produire que sous l’action d’efforts infiniment élevés. L’élévation de la triaxialité hausse donc la contrainte nécessaire pour l’écoulement plastique et la
charge de rupture et réduit la ductilité

Question 69

LA TEMPÉRATURE DE TRANSITION

Answer 69

Chez les alliages dont la structure est cubique centré, une rupture par clivage est généralement observée à basse température tandis qu’à température plus élevée on observe plutôt une rupture de type ductile, avec formation de cupules. Ces alliages montrent une température de transition ductile-fragile à la rupture.

La température de transition peut être évaluée expérimentalement en considérant une variation
du faciès de rupture du spécimen avec la température de l’essai d’impact ou en considérant une valeur particulière de l’énergie absorbée au cours de l’impact.

Question 70

Quels sont les principaux critères utilisés pour déterminer la température de transition:

Answer 70

Voici les principaux critères utilisés pour déterminer la température de transition:

(i) L’énergie absorbée pendant la rupture: 20J, 27J, 55J;
(ii) L’apparence du faciès de rupture - 50% fragile - 50% ductile;
(iii) La température à laquelle on ne note aucune ductilité ;
(iv) Le degré d’élargissement de la base.

Question 71

T2

Answer 71

Critère arbitraire et moins conservateur, basé sur la température à laquelle on observe 50% de rupture ductile et 50% de rupture fragile. Ce critère se rapporte à l’apparence de la rupture (fracture appearance transition temperature FATT). La précision sur l’estimation de la température de transition dépend du soin avec lequel la fraction de surface fragile est mesurée.

Question 72

T1

Answer 72

Correspond au plateau supérieur d’énergie et à la température au-dessus de laquelle la rupture est 100% ductile. Ce critère très conservateur se nomme transition de rupture plastique (fracture transition plastic FTP). Au-dessus de T1, la probabilité de rupture fragile est négligeable.

Question 73

T3

Answer 73

Critère de transition qui correspond à la température à laquelle l’énergie absorbée égale la moyenne entre les énergies de plateau supérieur et inférieur (upper and lower shelf energy).

Question 74

T4

Answer 74

Cette température de transition est déterminée par l’énergie absorbée par la rupture ( 20J pour les aciers conventionnels à bas carbone). Ce critère est fondé sur l’expérience et la corrélation avec les performances en service. Il est souvent appelé transition de ductilité
(ductility transition temperature DTT).

Question 75

T5

Answer 75

Critère bien défini fondé sur la température à laquelle la rupture est 100% fragile (nil ductility temperature NDT). À cette température, la rupture s’initie sans déformation plastique préalable. Sous T5, la probabilité de rupture ductile est négligeable

Question 76

VARIATIONS DE L’EFFET D’ENTAILLE AVEC LA NATURE DE L’ALLIAGE

Answer 76

L’effet d’entaille dépend beaucoup de la nature de l’alliage et de son état métallurgique. Chez les
alliages qui ne possèdent pas de température de transition, la ductilité diminue progressivement
lorsque la sévérité de l’entaille augmente, c’est-à-dire lorsque la triaxialité des contraintes s’élève.

Chez les alliages qui présentent une transition ductile-fragile, l’effet d’entaille peut être très important parce qu’il provoque une élévation de la température de transition. Ceci a une grande importance pratique dans le cas des aciers à haute résistance. La température de transition de ces aciers peut en effet s’élever jusqu’à la température ambiante en présence d’une entaille.

Question 77

EFFET D’UNE CHUTE DE LA TEMPÉRATURE

Answer 77

Un diminution de la température affecte le comportement des alliages de différentes manières:
elle accroît la limite élastique et tend à diminuer la ductilité; ces conditions favorisent également
une fracture par clivage chez les métaux cubiques centrés.

Question 78

EFFETS DE LA VITESSE DE DÉFORMATION

Answer 78

Une augmentation de la vitesse de déformation augmente la résistance à la déformation plastique
et favorise la rupture par clivage

Question 79

FACTEURS MÉTALLURGIQUES ET TEMPÉRATURE DE TRANSITION

Answer 79

i) la grosseur du grain (la température de transition diminue lorsque la taille du grain diminue)
ii) les éléments d’alliage (ex.: dans les aciers - C, P, Mn, Ni, N)
iii) le degré d’écrouissage;
iv) les inclusions; en général, les précipités augmentent la température de transition;
v) la précipitation;
vi) la structure cristallographique des métaux:
c. f.c.: Al, Cu, acier austénitique c.c.: Fe, aciers, Mo, Nb h.c.:Zn, Ti, Mg.

Question 80

ESSAI CHARPY INSTRUMENTÉ

Answer 80

Un essai Charpy permet de déterminer l’énergie requise pour produire la rupture de l’échantillon.

Question 81

APPLICATIONS DE L’ESSAI CHARPY

Answer 81

Exemples d’applications pratiques de l’essai Charpy

(i) Détermination de la température de transition des métaux afin d’éviter une rupture fragile.
(ii) Contrôle de la qualité des métaux.
(iii) Évaluation des traitements thermiques et éléments d’addition.

Question 82

APPLICATIONS CHARPY INSTRUMENTÉ

Answer 82

Autres applications de l’essai Charpy instrumenté:
(i) distinction entre les phases d’initiation et de propagation de la fissure
(ii) étude métallurgiques des stades de rupture
(iii) sensibilité de la limite élastique à la vitesse de déformation
(iv) évaluation du comportement mécanique des matériaux de faible ténacité à la rupture et des
matériaux fragiles (céramiques, polymères, composites)
(v) évaluation de l’influence des traitements thermiques et des traitements de surface