Essai sur les matériaux

Dureté Qualifie la capacité d'un matériau à

résister à la déformation.

Résilience Qualifie la résistance d'un matériau à la

rupture brutale.

Ductilité Qualifie la capacité de certains matériaux

(essentiellement des métaux) de pouvoir être étirés et allongés sans se rompre.

Essai Brinell 1/2L'essai consiste à faire pénétrer en appliquant une force F un pénétrateur ayant une forme de bille dans un métal afin d'en déduire la dureté de ce matériau.

HB : dureté BrinellD : diamètre du pénétrateur (mm)d1 et d2 : mesure de l'empreinte réalisée à 90°(mm)h : profondeur (mm)F : charge d'essai (N)g : accélération de la pesanteur

avec

Essai Brinell 2/2

Le pénétrateur Matière : généralement du carbure poliDimension : diamètre D

Le matériau à testerLa surface doit être plane et nettoyée (sans lubrifiant, oxyde ou calamine). Il est

nécessaire d'avoir une épaisseur suffisante afin que la pénétration de la bille ne déforme pas le matériau. Dans le cas contraire, la mesure ne serait pas fiable. Il faut une épaisseur de au moins huit fois la profondeur h de l'empreinte.

Mode opératoire Placer le pénétrateur en contact avec la surface du matériau. Appliquer la force.

Maintenir cette charge pendant 10 à 15 secondes.Mesurer sur l'empreinte deux diamètres à 90° l'un de l'autre. La mesure est

effectuée à l'aide d'un dispositif grossissant et d'une règle graduée tenant compte du facteur de grossissement

Essai Vickers 1/1Principe La mesure de dureté Vickers se fait avec une pointe

pyramidale normalisée en diamant de base carrée et d'angle au sommet entre face égal à 136°. L'empreinte a donc la forme d'un carré ; on mesure les deux diagonales d1 et d2 de ce carré à l'aide d'un appareil optique. On obtient la valeur d en effectuant la moyenne de d1 et d2. C'est d qui sera utilisé pour le calcul de la dureté. La force et la durée de l'appui sont également normalisées.

HV : dureté Vickers d1 et d2 : mesure de l'empreinte réalisée à

90° (2 diagonales du carrée de l'empreinte)(mm)

F : charge d'essai (N) g : accélération de la pesanteur

avec

Le degré de dureté, noté Hv, est ensuite lu sur un abaque (une table) ; il y a un abaque par force d'appui.

Essai Rockwell 1/2Principe Les essais de dureté Rockwell sont des essais de pénétration. Il existe en fait plusieurs types de pénétrateurs qui

sont constitués d'un cône en diamant ou d'une bille en acier trempé polie. Pour obtenir une valeur de dureté Rockwell, on mesure une pénétration rémanente du pénétrateur sur lequel on applique une faible charge.

L'essai se déroule en trois phases :Application sur le pénétrateur d'une charge initiale F0= 98 N (soit 10 kgf. Le pénétrateur s'enfonce d'une

profondeur initiale I. Cette profondeur étant l'origine qui sera utilisée pour mesure la dureté Rockwell. Application d'une force supplémentaire F1. Le pénétrateur s'enfonce d'une profondeur de P. Relâchement de la force F1 et lecture de l'indicateur d'enfoncement. La valeur de r étant l'enfoncement rémanent obtenu en appliquant puis en relâchant la force F1.La valeur de dureté est alors donnée par la formule suivante :

Échelle B, E et F

Échelle C

Essai Rockwell 2/2

Échelle

Symbole

PénétrateurValeur de la force

totale F0 + F1Application

A HRACône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm

588,6 N Carbure, acier en en épaisseur mince

B HRBBille d'acier de 1,588 mm (1/16 de pouce) de diamètre

981 NAlliage de cuivre, acier doux, alliage d'aluminiumMatériaux ayant une résistance à la rupture comprise entre 340 et 1000 MPa

C HRCCône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm

1471.5 N

Acier, fonte, titane

Matériau ayant une dureté résistance à la rupture supérieure à 1000 MPa

D HRDCône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm

981 N

E HREBille d'acier de 3,175 mm (1/8 pouce) de diamètre

981 N Fonte, Alliage d'aluminium et de fonte

F HRF Bille d'acier de 1,588 mm de diamètre 588,6 N Alliage de cuivre recuit, fine tôle de métal.

G HRG Bille d'acier de 1,588 mm de diamètre 1471,5 N Cupro-nickel, Alliage cuivre-nickel-zinc

ComparaisonComparaison entre les méthodes par pénétration

Type d'essai

Préparation de la pièceUtilisation principale

Commentaire

BrinellLa surface de la pièce ne nécessite pas une préparation extrêmement soignée (tournage ou meulage)

En atelierLa méthode ayant la mise en œuvre la plus facile des trois méthodes.

RockwellBonne préparation de surface (au papier de verre OO par exemple). La présence de rayures donne des valeurs sous estimée.

En atelier

L'essai est simple et rapide Convient bien pour des duretés plus élevées (supérieures à 400 Brinell). Elle est plutôt utilisée pour les petites pièces (il est nécessaire que la pièce soit parfaitement stable)La dureté Rockwell présente l'inconvénient d'avoir une dispersion relativement importante.

VickersÉtat de surface très soigné (on obtient de petites empreintes, la présence d'irrégularité gène la lecture).

En laboratoire

C'est un essai assez polyvalent qui convient au matériau tendres ou très durs.

Il est utilisé généralement pour des pièces de petites dimensions. La lecture des longueurs de diagonale est généralement lente.

Essai shore

L'essai shore : on lâche une bille de masse m et de diamètre D, d'une hauteur H, on mesure la hauteur de rebond h. L'énergie de la chute est absorbée par une déformation plastique (sans empreinte) de la

matière.

Ces duromètres de précision permettent une mesure simple et rapide de la dureté des élastomères et caoutchoucs

Essai de résilience

L'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy a pour but de mesurer la résistance d'un matériau à la rupture brutale. Il est fréquemment appelé essai de résilience

Principe du mouton de Charpy

Caractéristiques des éprouvettes

Ductilité

Propriété de certains matériaux (essentiellement des métaux) de pouvoir être étirés et allongés sans se rompre.

L'or est un matériau très ductile, il est possible de l'étirer jusqu'à obtenir des fils très fins.

Un matériau ductile présente :

• un allongement important ;• une striction importante ;• une grande ténacité.

Un matériau ductile ne connaît pas de rupture fragile.

Essai de traction 1/L'éprouvette est tenue en deux points (par une pince ou un crochet), reliés à des filins. Une force de traction est appliquée à vitesse constante. Ces essais permettent de tracer une courbe dite de traction à partir de laquelle les caractéristiques suivantes peuvent être déduites :

la déformation élastique en fonction de la force appliquée d'où on peut déduire, connaissant les dimensions de l'éprouvette, le module d'Young ;

la limite élastique souvent notée Re, ou bien la limite d'élasticité à 0,2% Re0,2 ; la déformation plastique ; la résistance à la traction ou tension de rupture souvent notée Rm, qui est la contrainte maximale atteinte

en cours d'essais.

•Lo longueur initiale •So section initiale •Do diamètre initial Eprouvettes conventionnelles:                    avec (Do=20mm, Lo=100mm) ou (Do=10mm, Lo=50mm)

Différentes éprouvettes

Essai de Traction

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Essai de Traction

Essai de Traction

Avec :

Lu la longueur ultime, longueur de la poutre juste avant la rupture. La notation Lf, longueur finale est aussi utilisée.

Lo la longueur initiale, longueur de la poutre avant le début de l’essai de traction.

Remarque : Lu et Lo doivent être exprimées dans la même unité, en général le millimètre.

Essai de traction 2/

Courbe de traction d'un matériau ductile présentant un décrochementR contrainte / F Force Rm contrainte maximale avant rupture Re limite apparente d'élasticité

e allongement relatif, usuellement noté ε

Quand il n'est pas possible de déterminer la limite apparente d'élasticité on définit une limite conventionnelle Rp0,2 correspondant à un allongement relatif e=0,2%.

Aciers non alliés Aciers faiblement alliés

Aciers inoxydables

Fontes

Alliages de Cuivre

Matières plastiques

Caractéristiques nominales•Limite d'élasticité :

•          •Résistance à la traction :

•            •Allongement à la rupture :                       Dans cette expression, Lo et Lf sont respectivement les longueurs initiales et finales

après rupture.

•Striction à la rupture :                       Dans cette expression, So et Sf sont respectivement les sections initiales et finales après

rupture.•Module de Young, représenté par la pente de la courbe dans sa partie linéaire

 :         . •Coefficient de Poisson :                     où do et d sont respectivement le diamètre initial et le diamètre sous charge, Lo et L la

longeur initiale et la longeur sous charge. ν est défini dans le domaine élastique.

Coefficient de Poisson Le coefficient de Poisson fait partie des constantes élastiques. Il est

compris entre -1 et 0,5. Les valeurs expérimentales obtenues dans le cas d'un matériau parfaitement isotrope sont très proches de la valeur théorique (1/2). Pour un matériau quelconque, on obtient en

moyenne 0,3 Le coefficient de Poisson permet de relier directement le module de

cisaillement G au module de Young E. Il est toujours inférieur ou égal à 1/2. S'il est égal à 1/2, le matériau est parfaitement

incompressible (cas du caoutchouc, par exemple)

FIN

Bibliographie Wikipédia