Transcription of Chapitre 1: methodes de caracterisation des materiaux
1 Contenu : Essai de traction Essai de duret Essai de r silience Chap. 1 M thodes de caract risation des mat riaux Chap1. Caract risation m canique des mat riaux DGM 4 Plan de cours Objectifs g n raux Conna tre les corr lations propri t s-comportement Choisir, pour une application donn e, les propri t s permettant de satisfaire les fonctions de service vis es. Objectifs sp cifiques Conna tre les principes et les modes op ratoires des essais de traction, de duret et de r silience D terminer les caract ristiques m caniques associ es partir des r sultats exp rimentaux de chaque essai.
2 Comparer les r sultats exp rimentaux et valuer les propri t s de rigidit et de r sistance. D roulement Le Chapitre sera abord durant 3 s ances de 1h:30min r parties comme suit : Premi re s ance : Etude de l essai de traction Deuxi me s ance : Etude des essais de duret et de r silience Troisi me s ance : Correction des applications et TDs associ s Pr requis Cours RDM (Semestre1) Cours Technologie de construction (Semestre1) Evaluation R ussir plus de 70% des applications et des TD propos s Chap1. Caract risation m canique des mat riaux DGM 5 Sommaire Introduction 6 1.
3 Rappel sur les grandes familles des mat riaux 6 Les m taux 7 Les polym res et les lastom res 7 Les c ramiques et les verres 8 Les composites 8 2. Essai de traction 9 Objectifs de l essai 9 Principe de l essai 9 Eprouvette 9 Ex cution de l essai 10 Exploitation des r sultats de l essai 11 Courbe conventionnelle 11
4 Courbe rationnelle de traction 13 D formation lastique et rigidit 14 D formation plastique et crouissage 16 3. Essai de duret 19 Objectif et principe de duret 19 Eprouvettes 19 Ex cution de l essai 19 Essai Brinell 20 Essai Vickers 20 Essai Rockwell 21
5 Microduret et nanoduret 24 Nanoindentation. 22 Correspondance entre chelles de duret 23 4. Essai de r silience 24 Objectif et principe de l essai 24 Eprouvette 25 Principe de l essai 25 Machine de l essai 26 Mode op ratoire et consignes de s curit 26 Conduite de l essai et exploitation des r sultats
6 27 Chap1. Caract risation m canique des mat riaux DGM 6 Introduction Le choix des mat riaux pour une application industrielle donn e exige une connaissance et une ma trise de ses caract ristiques m caniques. A ce stade, la caract risation m canique des mat riaux repose sur l tude de son comportement vis- -vis les sollicitations ext rieures qui engendrent des contraintes et des d formations. Pour cela, on recourt un certain nombre d essais normalis s. Ces derniers, permettent de d terminer les grandeurs physiques caract risant le comportement m canique des mat riaux test s.
7 Le premier Chapitre portera donc sur la caract risation m canique usuelle indispensable pour les calculs de structures et de dimensionnement des pi ces m caniques en vue de pr dire leur aptitude de r sistances aux diff rentes sollicitations m caniques impos es en service. On s y adresse, donc, d crire les techniques exp rimentales associ es permettant la caract risation m canique des mat riaux : soient leur r sistance la d formation valu e par les essais de traction et de duret ainsi que leur r sistance au choc m canique valuer par un essai de r silience. La ma trise de nouveaux mat riaux a t l origine des r volutions dans l histoire de technologies invent es. Les ges de la pr histoire sont d ailleurs d finis par les mat riaux employ s, ge de la pierre, ge du bronze, du fer. Aujourd hui, le nombre de mat riaux ou en tout cas le nombre de r f rences est consid rable et en constante croissance.
8 En effet, la science des mat riaux permet de concevoir de nouveaux mat riaux adapt s chaque nouvelle application. On pourra distinguer deux grandes cat gories de mat riaux : Les mat riaux de structure, qui seront l objet de ce cours et qu'on utilise essentiellement pour leurs capacit s soutenir des sollicitations m caniques et/ou thermiques. Les mat riaux fonctionnels, qu'on utilise pour leurs propri t s physiques, telles que conductivit ou semi-conductivit lectrique, magn tisme, propri t s optiques .. Cependant, m me en se restreignant aux mat riaux de structure, le nombre de mat riaux existant reste consid rable. L objectif de ce cours n est donc pas de les tudier de mani re exhaustive, mais de se donner les l ments de compr hension permettant de trouver pour une application particuli re la solution mat riau la plus adapt e.
9 Une solution mat riau pour une application comprend trois volets, la structure, le proc d de mise en uvre et la tenue en service. Le cours de cette ann e portera sur les propri t s des grandes familles de mat riaux. L accent sera mis sur les relations entre la structure du mat riau et ses propri t s m caniques. 1. Rappel sur les grandes familles des mat riaux Un mat riau est une mati re d'origine naturelle ou artificielle que l'Homme fa onne pour en faire des objets. On distingue quatre grandes familles de mat riaux (fig. 1). Les mat riaux m talliques. Ce sont des m taux ou des alliages de m taux. (fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte, etc.) Chap1. Caract risation m canique des mat riaux DGM 7 Les mat riaux organiques.
10 Ce sont des mat riaux d origine animale, v g tale ou synth tiques. (bois, coton, laine, papier, carton, mati re plastique, le caoutchouc, le cuir, etc.) Les mat riaux min raux. Ce sont des roches, des c ramiques ou des verres. (c ramique, porcelaine, pierre, pl tre, verre, etc.) Les mat riaux composites : Ce sont des assemblages d'au moins deux mat riaux non miscibles (fibres de verre, fibres de carbone, contreplaqu , b ton, b ton arm , kevlar, etc.) Les membres de la m me famille ont des traits communs : propri t s, m thodes de mise en uvre et souvent applications. Les m taux Les m taux (liaisons m talliques). On les obtient soit par r duction haute temp rature de leurs oxydes en pr sence de carbone (ex. fer) ou par lectrolyse haute temp rature (ex. aluminium). Ce sont les mat riaux les plus employ s pour les applications structurales et pour l essentiel des m taux ferreux (90% ferreux, les non-ferreux tant des alliages de Al, Cu, Ni et Ti).
