Fiche de révision : Comportement mécanique des métaux

📋 Plan du Cours

1. Propriétés mécaniques et contraintes
2. Essai de traction et ruptures
3. Courbes et paramètres de traction
4. Dureté et essai Brinell
5. Essais Vickers et Rockwell
6. Résistance et choix du matériau

📖 1. Propriétés mécaniques et contraintes

★ À maîtriser

• Pendant la transformation et la mise en forme, les matériaux métalliques doivent présenter une déformabilité élevée et une faible résistance, tandis qu’en service une faible déformabilité et une résistance élevée sont recherchées.

📐 Formule - La contrainte nominale est égale à la force rapportée à la surface sur laquelle elle s’exerce : $\sigma = \frac{F}{S}$.

Compléments

• Les propriétés mécaniques citées comprennent :
  • la limite d’élasticité
  • la résistance mécanique
  • la ténacité
  • la résilience
  • l’allongement
  • le module d’Young
  • la dureté

💡 Astuce mémo

Mise en forme : déformabilité élevée ; service : résistance élevée

📖 2. Essai de traction et ruptures

★ À maîtriser

• L’essai de traction est un essai majeur pour déterminer les caractéristiques de base, utilisé pour le dimensionnement des structures et pièces mécaniques ; il est rapide et semi-non destructif.

📌 Sur une courbe force-déplacement, AB correspond à la déformation élastique réversible, BC à la déformation plastique permanente, CD à la striction avec diminution visible de section, et D à la rupture de l’éprouvette.

📌 Une rupture avec peu ou pas d’allongement plastique est fragile, tandis qu’une rupture accompagnée d’un allongement plastique important est ductile.

Compléments

• Les essais de traction sont normalisés par EN 10002-1 et ISO 6892-1/2009.

💡 Astuce mémo

AB revient ; BC reste

📖 3. Courbes et paramètres de traction

🔑 Notions clés & Définitions

• Limite d’élasticité : Marque la fin du domaine linéaire de la courbe conventionnelle de traction.
• Résistance à la traction : La contrainte maximale atteinte lors de l’essai de traction.

★ À maîtriser

📐 Formule - La déformation nominale est $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$ et la contrainte nominale est $\sigma = \frac{F}{S_0}$.

📐 Formule - Dans le domaine élastique, la loi de Hooke s’écrit $\sigma = E\varepsilon$, où le module d’Young E est la pente du domaine élastique.

Compléments

• La limite conventionnelle d’élasticité Re0,2 est déterminée à partir d’un décalage de 0,2 % sur la courbe conventionnelle de traction.

📐 Formule - Le coefficient de Poisson est le rapport opposé de la déformation transverse à la déformation longitudinale : $\nu = -\frac{\varepsilon_T}{\varepsilon_L}$ ; pour les métaux, $\nu \approx \frac{1}{3}$.

• Le module d’Young indiqué vaut 210 000 MPa pour l’acier et 74 000 MPa pour l’aluminium.

📖 4. Dureté et essai Brinell

🔑 Notions clés & Définitions

• Dureté : Caractérise la résistance d’un matériau à la déformation.

★ À maîtriser

• L’essai Brinell utilise une bille en acier ou en carbure de tungstène et mesure le diamètre de l’empreinte produite sous une charge F.

Compléments

📐 Formule - La dureté Brinell s’exprime par $HB = \frac{0{,}2F}{\pi D h}$.

• L’essai Brinell se réalise à température ambiante et utilise des essais normalisés pour assurer la reproductibilité et la fidélité des résultats.

📖 5. Essais Vickers et Rockwell

★ À maîtriser

• L’essai Vickers utilise un pénétrateur pyramidal droit à base carrée et mesure les diagonales de l’empreinte.

• L’essai Rockwell utilise un cône ou une bille et mesure l’accroissement rémanent de la profondeur de pénétration.

Compléments

📐 Formule - La dureté Vickers s’exprime par $HV = \frac{0{,}189F}{d^2}$.

• Les échelles Rockwell distinguent notamment les pénétrateurs et conditions HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK, HRN et HRT.

📖 6. Résistance et choix du matériau

★ À maîtriser

• La dureté et la résistance à la traction varient dans le même sens.

📌 En service, le matériau doit travailler en dessous de la limite d’élasticité supérieure retenue pour son dimensionnement.

📌 Une limite d’élasticité plus élevée augmente la résistance du matériau mais diminue son allongement à rupture, ce qui accroît sa fragilité et le risque de rupture brutale.

Compléments

📌 Le choix du matériau consiste à retenir la limite d’élasticité la plus appropriée afin de trouver un compromis entre résistance et risque de rupture brutale.

💡 Astuce mémo

Limite d’élasticité accrue → résistance accrue, mais allongement à rupture diminué