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. Limite d élasticité limite d écoulement plastique (yield stress) 2. L allongement à la rupture / L energie de rupture Résilience et ténacité
Limite d ecoulement plastique contrainte Limite d écoulement plastique R 0.2 Déformation élastique ε pl résiduelle Déformation plastique 0.2% 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 d 0 S 0 Pour comparer les résultats d allongement à la rupture: L 0 L c = L 0 + d 0 L 0 = S 0 const Éprouvettes plat, 5.65, L 0 = 5.d 0 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 Striction / necking Limite d'élasticité R e déformation
La rupture ductile fragile Avec déformation plastique Sans déformation plastique Movement des dislocations Propagation des fissures
L effet d entaille 2c δc Critère de rupture de Griffith σ = 2γE πa σ πa L intensité de contrainte 2 γe = K1 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 = π a w K σ a f > K1 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 Acier de précontrainte a w 400 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Longeur de la fissure a/w
Résistance à la rupture, MPa 2000 1600 1200 800 400 Acier de précontrainte a w Acier de construction Fe E 460 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Longeur de la fissure a/w
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