Matériau (historique)

Matériau (historique)Matériau (historique)Au commencement était le fer...Au commencement était le fer...

Le fer est l'un des métaux les plus abondants de la Le fer est l'un des métaux les plus abondants de la croûte terrestre (croûte terrestre (5% pratiquement illimité5% pratiquement illimité) )

On le trouve un peu partout, combiné à de On le trouve un peu partout, combiné à de

nombreux autres éléments, sous forme de minerai.nombreux autres éléments, sous forme de minerai.

En Europe, la fabrication du fer remonte à 1 700 En Europe, la fabrication du fer remonte à 1 700 avant J.C. avant J.C.

Matériau (historique)Matériau (historique)élaboration du ferélaboration du fer

Elle se fait en deux étapes:Elle se fait en deux étapes:

chauffage de couches alternées de chauffage de couches alternées de mineraiminerai et de et de boisbois (ou de charbon de bois) jusqu'à obtention (ou de charbon de bois) jusqu'à obtention d’une masse de métal pâteuse.d’une masse de métal pâteuse.

Martelage à chaud pour la débarrasser de ses Martelage à chaud pour la débarrasser de ses impuretés et obtenir ainsi du fer brut. impuretés et obtenir ainsi du fer brut.

Remarque: Remarque: On fabriqua aussi dès le début, une On fabriqua aussi dès le début, une petite quantité d'petite quantité d'acieracier, à savoir du , à savoir du fer enrichi en fer enrichi en carbonecarbone. Un matériau qui se révéla à la fois plus . Un matériau qui se révéla à la fois plus dur et plus résistantdur et plus résistant

Matériau (historique)Matériau (historique)Puis vint la fonte...

Au XVème siècle, les premiers "hauts fourneaux"

Production d’un métal ferreux à l'état liquide, la fonte,

fabrication de toutes sortes d'objets (marmites, boulets de canons, chenets, tuyau).

production du fer en abondance par affinage

le lingot de fonte était chauffé et soumis à de l'air soufflé, combustion du carbone contenu dans la fonte et écoulement du fer goutte à goutte, formant une masse pâteuse de fer brut.) :

Matériau (historique)Matériau (historique)..Et enfin l'acier ..Et enfin l'acier

En 1786, En 1786, définition exacte du trio définition exacte du trio Fer-Fonte-AcierFer-Fonte-Acier le rôle du le rôle du carbonecarbone dans l'élaboration et les dans l'élaboration et les

caractéristiques de ces trois matériaux.caractéristiques de ces trois matériaux.

Au XIXème siècle, Au XIXème siècle, Inventions des fours Inventions des fours Bessemer, Thomas et MartinBessemer, Thomas et Martin

acier en grande quantité à partir du fer le le métal-roimétal-roi de la révolution industrielle de la révolution industrielle..

En quelques décennies, l'acier permit d'équiper En quelques décennies, l'acier permit d'équiper puissamment l'industrie et supplanta le fer dans la puissamment l'industrie et supplanta le fer dans la plupart de ses applications. plupart de ses applications.

Matériau (historique)Matériau (historique)L'acier, métal pluriel L'acier, métal pluriel

L'acier, c'est du fer additionné de carbone, (taux de L'acier, c'est du fer additionné de carbone, (taux de ≈ ≈ % à 2%). % à 2%).

Le dosage en carbone influe sur les caractéristiques Le dosage en carbone influe sur les caractéristiques du métal. du métal.

On distingue 2 grandes familles d'acier : On distingue 2 grandes familles d'acier : les aciers alliés les aciers alliés les aciers non alliés. ( éléments chimiques autres les aciers non alliés. ( éléments chimiques autres

que le carbone). que le carbone). exemple : 17% de chrome + 8% de Nickel exemple : 17% de chrome + 8% de Nickel (acier (acier inoxydable).inoxydable).

il n'y a pas un acier mais des aciers.il n'y a pas un acier mais des aciers.(plus de 3 000 nuances)(plus de 3 000 nuances)

LES MATIERES LES MATIERES PREMIERESPREMIERES

Du minerai de fer à l'acierDu minerai de fer à l'acier

le minerai de fer seul n'est pas le minerai de fer seul n'est pas suffisant.suffisant.

cinq matières premières principalescinq matières premières principales Le minerai de fer, La ferraille, Le coke métallurgique, Les fondants, L’oxygène,

OPERATION SIDERURGIQUESOPERATION SIDERURGIQUES

On distingue On distingue trois opérations trois opérations fondamentalesfondamentales : :

L’élaboration; La coulée; La mise en forme.

ELABORATION DE ELABORATION DE L’ACIERL’ACIER

Il existe deux modes de Il existe deux modes de

fabrication de l'acier selon que celui-ci fabrication de l'acier selon que celui-ci est produit à partir du est produit à partir du minerai de ferminerai de fer ou provient du recyclage des ou provient du recyclage des ferrailles ferrailles ::

Filière fonte ; Filière électrique

ELABORATION DE L’ACIER :ELABORATION DE L’ACIER :Filière FonteFilière Fonte

Haut fourneau

Convertisseur à l’Oxygéné

Préparation minerai &coke

ELABORATION DE L’ACIERELABORATION DE L’ACIERFILIERE FONTEFILIERE FONTE

la fonte la fonte (% C = 2÷4) produite est produite est dirigée vers un appareil appelé dirigée vers un appareil appelé convertisseur..

ELABORATION DE L’ACIERELABORATION DE L’ACIERFILIERE ELECTRIQUEFILIERE ELECTRIQUE

la filière électrique:

La filière électrique c’est l'élaboration de l'acier sans passer par la fonte;

La matière première est constituée par de la ferraille;

On fait appel aux fours électriques

La CouléeLa CouléeOn distingue:On distingue:

La coulée en lingotières; La coulée continue.

Mise en formeMise en forme Il s’agit, en général d’obtenir à partir de Il s’agit, en général d’obtenir à partir de

l'acier se présentant sous forme de :l'acier se présentant sous forme de :

brames, brames, Lingots,Lingots, blooms, billettes, ronds.blooms, billettes, ronds.

des produits finis sous forme de:des produits finis sous forme de: tiges, tuyaux, tiges, tuyaux, rails de chemins de fer, pièces en T, rails de chemins de fer, pièces en T, poutrelles, etc. poutrelles, etc.

Par une opération de Par une opération de laminage

Les différents types Les différents types d’acierd’acier

L'acier est un alliage de fer contenant L'acier est un alliage de fer contenant moins de 2 % de carbone. Il peut être moins de 2 % de carbone. Il peut être répertorié selon cette teneur en répertorié selon cette teneur en carbone;carbone;

haute teneur en carbone sera employé haute teneur en carbone sera employé pour sa grande dureté,pour sa grande dureté,

acier à teneur faible permettra un travail acier à teneur faible permettra un travail plus facile, sera plus malléable. plus facile, sera plus malléable.

Les différents types Les différents types d’acierd’acier

Les aciers ordinaires ou aciers au carbone non alliés: aciers standard improprement appelés aciers au aciers standard improprement appelés aciers au

carbonecarbone. . Les aciers alliés ou aciers spéciaux Les aciers alliés ou aciers spéciaux

Ils contiennent des Ils contiennent des éléments ou composants en en plus du carboneplus du carbone

On distingue les aciers:On distingue les aciers: fortement alliés; faiblement alliés

Quelques caractéristiques

Désignation des fontes Désignation des fontes et des acierset des aciers

Fonte Acier ordinaire; Acier faiblement allié; Acier fortement allié.

Les applications

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUESexpériences dont le but est de expériences dont le but est de caractériser les lois de comportements caractériser les lois de comportements des matériaux. des matériaux. Parmi ces essais normalisés, les plus Parmi ces essais normalisés, les plus classiques sont :classiques sont : L’essai de dureté ; L’essai de traction ; L’essai de résilience ; L’essai de fatigue ; L’essai de fluage.

Fin du diaporamaFin du diaporama

Haut Fourneau Haut Fourneau XVème siècle

Hauteur de 4 à 6m

Fours Bessemer, Thomas et Martin Fours Bessemer, Thomas et Martin XIXème siècleXIXème siècle

Minerai de ferMinerai de fer les minerais oxydés,les minerais oxydés,

Magnétite (FE3O4); Hématite FE2O3); Limonite (HFeO2) ; L’ilménite (FeTiO3)

les carbonates,les carbonates, Sidérite (FeCO3)

les minerais sulfurésles minerais sulfurés chamosite, stilpnomelane,

les silicatesles silicates pyrite (FeS2)

La ferrailleLa ferraille

récupération à partir des industries récupération à partir des industries de transformation et des industries de transformation et des industries sidérurgiques, sidérurgiques,

collecte de biens d’équipement et de collecte de biens d’équipement et de consommation hors d’usage. consommation hors d’usage. La ferraille est surtout utilisée dans La ferraille est surtout utilisée dans les aciéries électriques les aciéries électriques

Le coke métallurgiqueLe coke métallurgique

combustible obtenu à partir de la houillecombustible obtenu à partir de la houille

Il remplit trois rôles principaux dans le Il remplit trois rôles principaux dans le haut-fourneau : haut-fourneau :

il favorise la circulation des gaz il favorise la circulation des gaz montants (rôle perméabilisant),montants (rôle perméabilisant),

fournit la chaleur nécessaire à la fournit la chaleur nécessaire à la poursuite de la réaction, poursuite de la réaction,

assure la réduction et la carburation du assure la réduction et la carburation du fer. fer.

Le coke métallurgiqueLe coke métallurgique

Préparé dans des cokeriesPréparé dans des cokeries

calibre homogène, calibre homogène, Léger,Léger, mécaniquement résistant;mécaniquement résistant; Bonne perméabilité;Bonne perméabilité; teneur en soufre faible.teneur en soufre faible.

Les fondantsLes fondants

L’utilité des fondants est double : L’utilité des fondants est double :

Première fonction:Première fonction: rendre les minéraux rendre les minéraux de la de la gangue gangue plus facilement fusibles; plus facilement fusibles;

Seconde fonction:Seconde fonction: former avec les former avec les impuretés contenues dans le minerai des impuretés contenues dans le minerai des combinaisons qui permettent de les combinaisons qui permettent de les éliminer. éliminer.

les fondantsles fondants Les fondants sont ajoutés afin de Les fondants sont ajoutés afin de

permettre d’éliminer la permettre d’éliminer la gangue gangue sous sous forme forme de laitier fusible. de laitier fusible.

L’oxygèneL’oxygène

L’oxygène est principalement utilisé L’oxygène est principalement utilisé pour l’élaboration de l’acier. pour l’élaboration de l’acier.

Des centrales à oxygène permettent Des centrales à oxygène permettent de le produire à partir d’air liquide.de le produire à partir d’air liquide.

Elles produisent en général de Elles produisent en général de l’oxygène à 40 bars et alimente l’oxygène à 40 bars et alimente l’l’aciérieaciérie sous une pression de 15 sous une pression de 15 bars.bars.

L’élaborationL’élaboration : :

Série de processus métallurgiques dont Série de processus métallurgiques dont le dernier au moins a lieu en le dernier au moins a lieu en phase phase liquideliquide et qui est destiné à aboutir à et qui est destiné à aboutir à une une nuance d’aciernuance d’acier désirée ; désirée ;

La couléeLa coulée

passage de l’acier de l’état liquide à passage de l’acier de l’état liquide à l’état solide ;l’état solide ;

La mise en formeLa mise en forme : :

D’une manière générale, laminage D’une manière générale, laminage (déformation plastique à chaud ou à (déformation plastique à chaud ou à froid) conduisant à des produits:froid) conduisant à des produits: plats (tôles) plats (tôles) ou longs (profilés, barres, etc.).ou longs (profilés, barres, etc.).

Élaboration de l’acierÉlaboration de l’acier

Fonte

Electrique

PréparationPréparation

concassage, criblage, agglomération concassage, criblage, agglomération ou bouletage (minerais)ou bouletage (minerais)

couches alternées coke et mineraicouches alternées coke et minerai

Haut fourneauHaut fourneau Réacteur à lit consommable à contre Réacteur à lit consommable à contre

courant courant

extraire le fer contenu dans les minerais extraire le fer contenu dans les minerais (oxydes de fer: Fe2O3, FeO, Fe3O4);(oxydes de fer: Fe2O3, FeO, Fe3O4);

appareil de appareil de réductionréduction où l'on met en où l'on met en contact:contact: les oxydes de fer les oxydes de fer et des agents réducteurs ; et des agents réducteurs ;

Haut fourneauHaut fourneau température des gaz supérieure à température des gaz supérieure à

2 000 °C; très réducteur2 000 °C; très réducteur

les matières s’échauffent les matières s’échauffent progressivement par le gaz; oxydes, progressivement par le gaz; oxydes, métal primaire et gangue entrent métal primaire et gangue entrent en fusion. en fusion.

écoulement liquide au travers du écoulement liquide au travers du coke ; la réduction des oxydes de coke ; la réduction des oxydes de fer s'achève ; fer s'achève ;

la fonte et le laitier se constituent. la fonte et le laitier se constituent.

Évacuation périodique par le trou Évacuation périodique par le trou de coulée de coulée

Haut fourneauHaut fourneau Le laitierLe laitier

débouché dans le secteur débouché dans le secteur du bâtiment et des du bâtiment et des travaux publics comme travaux publics comme revêtement routier revêtement routier

La fonte La fonte (% C = 2÷4) :: moulage direct, moulage direct, Deuxième fusion pour Deuxième fusion pour

des caractéristiques des caractéristiques particulièresparticulières

Acier par affinage.Acier par affinage.


ELABORATION DE ELABORATION DE L’ACIERL’ACIER

FILIERE FONTEFILIERE FONTE


Principe : Principe : On insuffle de l'air dans le convertisseurOn insuffle de l'air dans le convertisseur L'oxygène de l'air permet :L'oxygène de l'air permet :

la combustion la combustion (1600°C(1600°C)) des impuretés contenues dans des impuretés contenues dans le métal brut, le métal brut,

l'élimination d'une partie du carbone par oxydation. l'élimination d'une partie du carbone par oxydation. La transformation de la fonte en acier est ainsi opérée. La transformation de la fonte en acier est ainsi opérée.

L'acier (% C < 1,8) est obtenu: en décarburant la fonte, en éliminant le plus possible le soufre et le phosphore en modifiant la teneur des autres éléments (Si, Mn).

Four électrique Four électrique

Four électriqueFour électrique

Le four électrique permet d'effectuer un affinage très poussé.

Le chauffage est assuré par un arc électrique jaillissant entre des électrodes de carbone et les matières placées dans le four.

Après fusion, on effectue l'affinage par l'intermédiaire de plusieurs laitiers.

On procède lors de la phase finale aux adjonctions nécessaires à l'obtention du type d'acier désiré

La coulée en La coulée en lingotièreslingotières

La coulée en lingotièresLa coulée en lingotières

Les lingotières sont en fonte et peuvent avoir des formes et sections variables),

Le poids du lingot varie, en général, de 6 à 8 tonnes.

L'extraction des lingots solidifiés est facilitée par: l'inclinaison donnée aux parois, La lubrification des parois

intérieures (goudron et d'aluminium en poudre).

La coulée continueLa coulée continue l'acier est coulé dans une l'acier est coulé dans une

lingotière spéciale appelée lingotière spéciale appelée Coulée ContinueCoulée Continue..

solidification de l'acier solidification de l'acier

sous forme d'une longue sous forme d'une longue bande ininterrompuebande ininterrompue

Découpage au chalumeaux Découpage au chalumeaux

de façon à donner des de façon à donner des brames. brames.

parallélépipède parallélépipède d'acier:d'acier: - (10x1.5x0.2) m- (10x1.5x0.2) m33

- 5 tonnes- 5 tonnes

LaminageLaminage

Modification des lingots Modification des lingots par des opérations par des opérations successives de laminage.successives de laminage.

laminagelaminage

Rouleaux de laminoirs Rouleaux de laminoirs rainurés pour formes rainurés pour formes particulières:particulières:

rails de chemins de fer;rails de chemins de fer; Poutrelles;Poutrelles; etc.etc.

laminagelaminage

Train de laminoirs Train de laminoirs

laminoir dégrossisseur. laminoir dégrossisseur. laminoirs de finissage laminoirs de finissage

qui réduisent à une qui réduisent à une section correcte.section correcte.

laminagelaminage

Aciers ordinairesAciers ordinairesNuance

Pourcentage de carbone (C)

Charge de rupture en hbar (P) état recuit

Emplois

extra doux C < 0,15 33< P <42 tôles pour carrosserie, feuillards, quincaillerie,

pièces de forge

doux 0,15 <C 0,20 37< P <46 charpente métallique, profilés, construction mécanique courante, boulons, fils ordinaires

demi doux 0,20 <C< 0,30 48< P <55

pièces de machines pour applications mécaniques, pièces ou bâtis moulés, pièces forgées

demi dur 0,30 <C< 0,40 55< P < 65 petit outillage, éléments de machines agricoles,

organes de transmission

dur 0,40 <C< 0,60 65< P < 75pièces d'outillage, d'armement, glissières, rails et bandages, ressorts, coutellerie, pièces moulées et traitées

extra dur 0,60 < C 75 < P outils d'usinage et découpe, câbles, ressorts

Composants d’additionComposants d’addition Ils possèdent des caractéristiques Ils possèdent des caractéristiques

spécifiques selon le ou les spécifiques selon le ou les composant(s) qui sont ajoutés : composant(s) qui sont ajoutés : Nickel; Nickel; Chrome;Chrome; Manganèse; Manganèse; Étain;Étain; Autres.Autres.

Acier fortement alliéAcier fortement allié

Un des éléments représente plus de Un des éléments représente plus de 5%5%

Acier faiblement alliéAcier faiblement allié

Aucun éléments ou composants ne Aucun éléments ou composants ne dépasse 5%dépasse 5%

Les aciers alliés Les aciers alliés Les aciers au nickel (2 à 40%) :Les aciers au nickel (2 à 40%) :

Trempe et résistance à la corrosionTrempe et résistance à la corrosion Les aciers au chrome (1 à 25%) :Les aciers au chrome (1 à 25%) :

résistance à la rupture à 4% de chrome, l'alliage peut résistance à la rupture à 4% de chrome, l'alliage peut être utilisé comme aciers à outils ou à roulements. être utilisé comme aciers à outils ou à roulements.

Si l'acier contient entre 10% et 20% de chrome, il Si l'acier contient entre 10% et 20% de chrome, il devient inoxydable aux agents corrosifs et aux oxydants devient inoxydable aux agents corrosifs et aux oxydants industriels. industriels.

Les aciers au manganèse : bonne résistance à Les aciers au manganèse : bonne résistance à l'usurel'usure

Les aciers à l'étainLes aciers à l'étain "fer blanc" : grande "fer blanc" : grande résistance à la corrosion, non-toxicité et résistance à la corrosion, non-toxicité et apparence plaisante apparence plaisante

Autres aciersAutres aciers Aciers au silicium Aciers au silicium pour les ressorts; pour les ressorts; aciers au tungstène aciers au tungstène

fabrication des aimantsfabrication des aimants

DESIGNATION DES DESIGNATION DES FONTES ET DES ACIERS FONTES ET DES ACIERS

Fontes À Graphite Lamellaire

SymboleValeur de la résistance minimale à la rupture

Préfixe

EN-GJL-300


Fontes À Graphite Sphéroïdal

Symbole Valeur de la résistance minimale à la rupture

Préfixe

EN-GJS-300-22 Pourcentage

de l’allongement après la rupture


Fontes Malléables

Symbole Valeur de la résistance minimale à la rupture

Préfixe

EN-GJM-350-4 Pourcentage

de l’allongement après la rupture

GJMW : à cœur blanc

GJMB : à coeur noir

DESIGNATION DES DESIGNATION DES FONTES ET DES ACIERSFONTES ET DES ACIERS

Aciers d’usage courant

Valeur minimale de la limite élastique en MPa

Symbole pour aciers d’usage général

S 235 E 295

Symbole pour aciers de construction ;GE 295 pour un acier moulé

Valeur minimale de la limite élastique en MPa


Aciers non alliés

C 40

Symbole acier non alliéLa désignation est précédée de la lettre G pour un acier moulé

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100, soit 0,4% de carbone

Teneur en manganèse <1%

DESIGNATIODESIGNATION DES N DES

FONTES ET FONTES ET DES ACIERSDES ACIERS

Aciers faiblement alliés

25 Cr Mo 10 - 20

Pourcentage de la teneur moyenne en carbone multipliée par 100, soit 0,25%

Un ou plusieurs groupes de lettre qui sont les symboles des éléments d’addition rangés dans l’ordre des teneurs décroissantes, ici, Chrome (Cr) et Molybdène (Mo)

Teneur en manganèse <1%Teneur de chaque élément

d’alliage <5%

Une suite de nombres rangés dans le même ordre que les éléments d’alliages, et indiquant le % de la teneur moyenne de chaque élément. Les teneurs sont multipliées par un coefficient variable en fonction des éléments d’alliage

Coefficient multiplicateur

Elément d’alliage Coef.Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4

Al, Be, Cu, Mo, Pb,Ta, Ti, V, Zr 10Ce, N ,P, S 100B 1000


Aciers fortement alliés

X 5 Cr Ni 18 - 10

Symbole acier fortement allié

Teneur d’au moins un élément d’alliage ≥5%

Eléments d’addition

0,05% de carbone

Pourcentage réel de la teneur ; 18% Cr et 10% Ni

LES APPLICATIONSLES APPLICATIONS Dans la construction Dans la construction (1(1erer utilisateur) utilisateur): :

ouvrages d’art, béton armé…ouvrages d’art, béton armé… Dans l'automobile Dans l'automobile (2(2émeéme utilisateur) utilisateur)::

55% à 70% du poids d'un véhicule55% à 70% du poids d'un véhicule Industrie alimentaire (emballages, Industrie alimentaire (emballages,

ustensiles de cuisine...):ustensiles de cuisine...):Fer blanc, inox. Fer blanc, inox.

Autres secteurs d'utilisation:Autres secteurs d'utilisation:Le secteur de l'informatique et de la Le secteur de l'informatique et de la téléphonie. le domaine de l'aérospatiale, les téléphonie. le domaine de l'aérospatiale, les satellitessatellites

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUESSuivant principalement la forme du Suivant principalement la forme du pénétrateur, on définit:pénétrateur, on définit:

dureté Brinell;dureté Brinell; dureté Vickersdureté Vickers ; ; dureté Rockwell .dureté Rockwell . Comparaison entre les méthodesComparaison entre les méthodes

ESSAIS MECANIQUES ESSAIS MECANIQUES L’essai de L’essai de

dureté dureté BrinellBrinell bille en acier ou en bille en acier ou en

carbure de tungstène, carbure de tungstène, maintenue pendant un maintenue pendant un temps bien défini et avec temps bien défini et avec une force bien une force bien déterminée. déterminée.

la dureté Brinell: la dureté Brinell: HHBB

ESSAISESSAIS MECANIQUES MECANIQUES

L’essai de dureté VickersL’essai de dureté Vickers La mesure de dureté La mesure de dureté

Vickers se fait avec Vickers se fait avec une pointe pyramidale une pointe pyramidale normalisée en diamant normalisée en diamant de base carrée et de base carrée et d'angle au sommet d'angle au sommet entre face égal à 136°. entre face égal à 136°.

HHVV : dureté Vickers : dureté Vickers

ESSAIS MECANIQUES: L’essai de dureté ESSAIS MECANIQUES: L’essai de dureté

RockwellRockwell On mesure une On mesure une

pénétration rémanente pénétration rémanente du pénétrateur sur du pénétrateur sur lequel on applique une lequel on applique une faible charge. faible charge. cône en diamant;cône en diamant; bille en acier trempé bille en acier trempé

polie polie L’essai de dureté Rockwell se déroule ainsi en trois phases :

HRB , HRC

ESSAIS ESSAIS MECANIQUES MECANIQUES

L’essai de dureté L’essai de dureté RockwellRockwell

La valeur de dureté est La valeur de dureté est alors donnée par la formule alors donnée par la formule suivante : suivante :

Échelle B, E et F Échelle B, E et F

Échelle C Échelle C

La valeur de La valeur de rr étant l'enfoncement étant l'enfoncement rémanent obtenu en appliquant rémanent obtenu en appliquant puis en relâchant la force puis en relâchant la force FF11..

Une unité de dureté Rockwell Une unité de dureté Rockwell correspondant à une pénétration correspondant à une pénétration de de 0,002 mm.0,002 mm.

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUES Comparaison entre les méthodes Comparaison entre les méthodes

Type d'essai Préparation de la pièce Utilisation

principale Commentaire

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

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

Rockwell

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

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.

Vickers

État 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 aux matériaux tendres ou très durs.Il est utilisé généralement pour des pièces de petites dimensions. La lecture des longueurs de diagonale est généralement lente.

ESSAIS MECANIQUES: ESSAIS MECANIQUES: Essai de Essai de tractiontraction

le plus utilisé pour caractériser les propriétés le plus utilisé pour caractériser les propriétés mécaniques des matériaux ductiles; il permet mécaniques des matériaux ductiles; il permet de tracer une courbe de traction de tracer une courbe de traction

ESSAIS MECANIQUES: ESSAIS MECANIQUES: Essai de Essai de tractiontraction

contrainte vraie Contrainte nominaleσ = F/S’ σ = F/S S : section initiale S’ : section vraie

Essai de tractionEssai de traction contrainte maximale avant rupture: contrainte maximale avant rupture:

σσrsrs

limite apparente d'élasticité: limite apparente d'élasticité: σσee

Le Module de Young :Le Module de Young :

Coefficient de Poisson:Coefficient de Poisson:

ESSAIS MECANIQUES: Essai de ESSAIS MECANIQUES: Essai de tractiontraction

Matériau fragile:Matériau fragile:

Limite de rupture en traction

Limite de rupture en compression

ESSAIS MECANIQUES: Essai ESSAIS MECANIQUES: Essai résiliencerésilience

En mécanique, En mécanique, la résiliencela résilience est l'énergie est l'énergie nécessaire pour produire la rupture d'un nécessaire pour produire la rupture d'un échantillon entaillé section droite de l'entaille échantillon entaillé section droite de l'entaille (appelé éprouvette). (appelé éprouvette).

L'essai de résilience se fait sur une machine L'essai de résilience se fait sur une machine du nom de Mouton de Charpy :du nom de Mouton de Charpy :

Elle se mesure par la différence d'énergie Elle se mesure par la différence d'énergie potentielle entre le départ du pendule et la fin potentielle entre le départ du pendule et la fin de l'essai:de l'essai:

EprouvetteEprouvette

Mouton de CharpyMouton de Charpy

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUES Essai résilience Essai résilience

L'énergie absorbée est obtenue en comparant la L'énergie absorbée est obtenue en comparant la différence d'énergie potentielle entre le départ différence d'énergie potentielle entre le départ du pendule et la fin de l'essai. L'énergie obtenue du pendule et la fin de l'essai. L'énergie obtenue (en négligeant les frottements) est égale à :(en négligeant les frottements) est égale à :

m : masse du mouton pendule m : masse du mouton pendule g : accélération de la pesanteur (environ 9.81 m.s-2) g : accélération de la pesanteur (environ 9.81 m.s-2) h : hauteur du mouton pendule à sa position de h : hauteur du mouton pendule à sa position de

départ départ h' : hauteur du mouton pendule à sa position h' : hauteur du mouton pendule à sa position

d'arrivée d'arrivée

ESSAIS MECANIQUES: Essai de ESSAIS MECANIQUES: Essai de fatiguefatigue

Déroulement de l’essai Déroulement de l’essai L’éprouvette d’essai est soumise:L’éprouvette d’essai est soumise:

à une charge moyenne donnée (qui peut être à une charge moyenne donnée (qui peut être égale à zéro) égale à zéro)

et à une charge alternée donnée et à une charge alternée donnée et on note le nombre de cycles nécessaires pour et on note le nombre de cycles nécessaires pour

provoquer la défaillance (rupture par fatigue). provoquer la défaillance (rupture par fatigue). Généralement, on effectue plusieurs essais avec Généralement, on effectue plusieurs essais avec

des charges variables différentes sur des des charges variables différentes sur des éprouvettes identiques. éprouvettes identiques.

Essai de fatigueEssai de fatigue

Les résultats des essais de fatigue Les résultats des essais de fatigue sont souvent présentés sous la forme sont souvent présentés sous la forme d’un diagramme d’un diagramme σσ‑‑NN (ou de Wöhler) (ou de Wöhler) qui représente:qui représente: le nombre de cycles nécessaires pour le nombre de cycles nécessaires pour

amener la défaillance de l’éprouvetteamener la défaillance de l’éprouvette

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUES Essai de fatigue Essai de fatigue

Contraintes cycliques & Diagramme d’endurance (de Wöhler)Contraintes cycliques & Diagramme d’endurance (de Wöhler)

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUES Essai de fluage Essai de fluage

Déformation lente d’un matériau qui se Déformation lente d’un matériau qui se produit sous l’effet d’une produit sous l’effet d’une contrainte contrainte constanteconstante à à température constantetempérature constante. .

Métaux: fluage haute température. Métaux: fluage haute température. Matières plastiques: fluage à température Matières plastiques: fluage à température

ambiante appelé « fluage à froid » ou « ambiante appelé « fluage à froid » ou « déformation sous charge ».déformation sous charge ».

ESSAIS ESSAIS MECANIQUESMECANIQUES

Essai de fluage Essai de fluage le matériau est soumis à une le matériau est soumis à une

charge constante de traction charge constante de traction ou de compression sur une ou de compression sur une durée prolongée et à durée prolongée et à température constante. température constante.

La déformation est La déformation est enregistrée selon une enregistrée selon une périodicité donnée périodicité donnée

La rupture, si elle intervient, La rupture, si elle intervient, termine l’essai et l’instant termine l’essai et l’instant de la rupture est enregistré. de la rupture est enregistré.

ESSAIS MECANIQUESESSAIS MECANIQUES Essai de fluage Essai de fluage

première étape, ou première étape, ou fluage fluage primaireprimaire, commence à vitesse , commence à vitesse rapide et ralentit avec le temps ; rapide et ralentit avec le temps ; la vitesse de fluage diminue la vitesse de fluage diminue avec le temps, ce qui avec le temps, ce qui correspond à une augmentation correspond à une augmentation de la résistance du matériau, ou de la résistance du matériau, ou encore à une consolidation ; encore à une consolidation ;

deuxième étape (deuxième étape (fluage fluage secondairesecondaire) s’effectue à vitesse ) s’effectue à vitesse relativement constante. relativement constante.

troisième étape (troisième étape (fluage fluage tertiairetertiaire) présente une ) présente une accélération et s’achève avec la accélération et s’achève avec la défaillance du matériau à défaillance du matériau à l’instant de rupture. l’instant de rupture.

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