Essais Me Can i Ques

Les essais mécaniques

(c) Jean-Paul Molina 1

1 – Essai de Traction

1.1. Principe Il consiste à soumettre une éprouvette de dimensions normalisées à un effort de traction jusqu'à rupture de celle-ci à la température normalisée du laboratoire. 1.2. Désignation

Lo : longueur initiale entre repères Lu : longueur ultime aprés rupture ( les 2 parties étant mises en contact ) Lc : longueur calibrée Lt : longueur totale So : section initiale Su : section à la rupture ( c'est la section minimale ) Fm : force maximale supportée par l'éprouvette Fu : force au moment de la rupture. Rm = Fm / So : résistance à la traction 1.3. Les éprouvettes Les formes et dimensions dépendent à la fois du type de métal et de son mode de livraison. Pour les aciers : - livrés en barres ⇒ section cylindrique d ≥ 4 mm - livrés en plaques ⇒ section rectangulaire (L/e) ≤ 8 Pour les alliages d'aluminium : e ou d ≥ 0,04 mm Pour les alliages de Cuivre : - laminés ⇒ e ≥ 2,5 mm - autres ⇒ section ≥ 20 mm²

Lo (mm) d (mm) So (mm²) Lc (mm) Lt (mm) 100±1 20±0,105 314 110-140 Lt ≥ Lc + 2 à 4d 50±0,5 10±0,075 78,5 55-70 Lt ≥ Lc + 2 à 4d

Pour les autres éprouvettes , on choisit = 5,65 Lo So Pour les aciers, les conditions d'essai sont telles que l'on ne dépassera pas 30 MPa/s et 10 MPa/s pour les aluminiums et cuivres.



1.4. Conduite de l'essai On enregistre l'effort de traction F en fonction de l'allongement entre repères ∆L ou la contrainte de traction σ =F/So en fonction de l'allongement unitaire ε = ∆L/Lo Voici un exemple d'enregistrement d'un essai de traction sur un acier élastique linéaire. L'écrouissage est un phénomène intéressant, car il permet d'augmenter artificiellement le domaine élastique d'un matériau. Malheureusement, il diminue le domaine élastique en compression. D'où l'intérêt pour les pièces subissant des contraintes toujours de même sens ( conduites forcées de barrage par exemple ) L'écrouissage est réalisé souvent par grenaillage (projection à grande vitesse de billes d'acier en surface) 1.5. Paramêtres caractéristiques

- allongement - coefficient de striction - limite apparente d'élasticité - limite conventionnelle d'élasticité : valeur de R à 0,2 d'allongement - module d'Elasticité longitudinale E ( Young ) c'est la pente de la droite dans le domaine élastique. Quelques valeurs remarquables ( à savoir ) acier E = 220 000 MPa aluminium E = 70 000 MPa

- résilience 2 2e e e e

1 1 1K E

2 2 2E= σ ε = ε = σ

Lu LoA% 100

Lo−

=

So SuZ% 100

So−

=

FeRe

So=

L'essai habituel jusqu'à rupture est représenté par le chemin OABC. La zone linéaire OA représente le domaine élastique : si l'on diminue l'application de la charge à partir d'un point quelconque entre O et A, on revient en O suivant le même chemin ( sauf si hystérésis ). Si en un point D situé entre A et B, on diminue l'application de la charge, on revient en E suivant un chemin parallèle à OA : il subsiste une déformation rémanente OE. Si, à partir de E, on augmente à nouveau la charge, on suit le chemin ED : augmentation de la zone linéaire. C'est le phénomène d'écrouissage. En B, apparition de la striction (diminution visible d'une section) En C, rupture.

capacité que possède un matériau d'absorber élastiquement de l'énergie.



2 – Essais de Dureté

A – Essai Brinell

A.1. Principe Il consiste à imprimer une bille en acier de diamêtre D dans une pièce à essayer en exerçant une force F, puis à mesurer le diamêtre d de l'empreinte laissée sur la surface aprés suppression de l'effort. La dureté Brinell HB est un nombre proportionnel au rapport F/S ( S : surface de l'empreinte en mm² )

Pour les aciers F = 30 x 9,81 x D², ce qui donne

Pour les alliages d'aluminium F = K x 9,81 x D² avec K = 2,5 ou 5 ou 10 Pour les alliages de cuivre .............. K = 5 ou 10 ou 30 A.2. Domaine d'utilisation pièces laminées ou moulées à gros grain. A.3. Conduite de l'essai A température ambiante, la charge, appliquée de façon progressive, est maintenue à sa valeur finale pendant 10 à 15s. On appelle e l'épaisseur de la pièce, h la hauteur d'empreinte, a la distance du centre de l'empreinte au bord de la pièce et b la distance séparant les centres de 2 empreintes. Aciers : e ≥ 8h Aluminium et Cuivre : e ≥10h Si l'on effectue plusieurs essais consécutifs : Aciers : a ≥ 2,5 d et b ≥ 4d Aluminium et Cuivre : a ≥ 3d et b ≥ 6d

Aciers D (mm) F (N) Utilisation

10±0,0045 29400 normale 5±0,004

2,5±0,003 1±0,003

7355 1840 294

cas spéciaux

0,204FHB

D(D D² d²)=

π − −

60DHB

(D D² d²)=

π − −



B – Essai Vickers

B.1. Principe

Il consiste à imprimer un pénétrateur en forme de pyramide droite à base carrée (angle au sommet 136°) dans une pièce à essayer en exerçant une force F, puis à mesurer la diagonale d de l'empreinte laissée sur la surface aprés suppression de l'effort. d = (d1+d2) / 2 La dureté Vickers HV est un nombre proportionnel au rapport F/S ( S : surface de l'empreinte en mm² ) B.2. Domaine d'utilisation NE convient pas pour les pièces moulées à gros grain. B.3. Conduite de l'essai A température ambiante, la charge, appliquée de façon progressive, est maintenue à sa valeur finale pendant 10 à 15s. On appelle e l'épaisseur de la pièce; alors e ≥ 1,5 d Si l'on effectue plusieurs essais consécutifs : Aciers : a ≥ 2,5 d et b ≥ 2,5d Effort d'essai : F compris entre 49N et 981N Alu. et Cu : a ≥ 3d et b ≥ 6d Effort d'essai : F compris entre 49N et 1180N

Remarque : il existe des coefficients de correction pour les surfaces non planes.

C – Essai Rockwell C.1. Principe

Il consiste à imprimer en 2 temps un pénétrateur en forme de cône ou de bille dans une pièce à essayer, puis à mesurer l'accroissement rémanent de la profondeur de pénétration.

1 – On soumet un effort initial F0 : on mesure une pénétration a 2 – On ajoute progressivement ( 2 à 8s ) un effort F1, ce qui induit une pénétration b 3 – On supprime F1 pour ne conserver que la charge initiale F0 : il demeure une pénétration c

La pénétration rémanente est alors e = c - a Les différents types d'essai seront décrits plus loin.

0,189 FHV

d²=



C.2. Domaine d'utilisation NE convient pas pour les pièces moulées à gros grain.

C.3. Conduite de l'essai

On appelle E l'épaisseur de la pièce et d le diamêtre de l'empreinte; alors : Aciers : E > 8 e Aluminium et Cuivre : E > 10 e Si l'on effectue plusieurs essais consécutifs : Aciers : f ≥ 3mm g ≥ 3mm Alu et Cu : f ≥ 3 d g ≥ 6 d

C.4. Types d'essai voir tableau à la fin - Cône de diamant : Rockwell C angle au sommet 120°±0,5° arrondi r=0,2mm essai réservé aux aciers ( e en mm )

Avec des efforts d'essai différents, on définit l'essai Rockwell N

- Bille d'acier : Rockwell B, E, F bille en acier ( HV > 850 ) essai réservé aux métaux de dureté HB < 229 Remarques : - Pour les produits plats d'épaisseur ≥ 0,5mm et de dureté HV<250 la dénomination est HRB' - Avec des efforts d'essai différents, on définit les essais Rockwell T et W (Al et Cu)

Essai forme F0 (N) F1 (N) métaux HRC Cône 98±2 1373±7 acier HRB,B' bille 1,5875mm 98±2 883±4,5 acier Al Cu HRE bille 3,175mm 98±2 883±4,5 acier Al HRF bille 1,5875mm 98±2 490±4,5 acier Cu HRG bille 1,5875mm 98±2 1373±7 Cu HRH bille 3,175mm 98±2 490±4,5 Al HRL bille 6,35mm 98±2 490±4,5 Al H 15N Cône 29,4±0,6 117,6±0,4 acier Al H 15T bille 1,5875mm 29,4±0,6 117,6±0,4 Cu H 15W bille 3,175mm 29,4±0,6 117,6±0,4 Al Cu H 30N Cône 29,4±0,6 264,6±0,4 acier Al H 30T bille 1,5875mm 29,4±0,6 264,6±0,4 Cu H 45N Cône 29,4±0,6 411,6±0,4 acier Al H 45T bille 1,5875mm 411,4±0,6 264,6±0,4 Cu

HRC= 100(1 - 5 e)

HR(B,E,F)= 100(1,3 - 5 e)

HRC= 100(1 - 10 e)

HRC= 100(1 - 10 e)



D – Correspondance Dureté Rpm (aciers) Etat recuit

HB φ empr

Rpm (MPa)

HV HRB HRC

84 6,33 295 - - - 87 6,24 305 - - - 90 6,15 315 - - - 93 6,07 325 - - - 96 6 335 - 53 - 98 5,92 345 - 56 - 101 5,85 355 - 58 - 104 5,77 365 - 61 - 107 5,7 375 - 63 - 110 5,64 385 - 64,5 - 113 5,57 390 - 66 - 115 5,51 400 - 67,5 - 118 5,45 410 - 69 - 121 5,39 420 - 70,5 - 124 5,33 430 - 71,5 - 127 5,28 440 - 73 - 129 5,23 450 - 73,5 - 132 5,18 460 - 74,5 - 135 5,13 470 - 75,5 - 138 5,08 480 - 76,5 - 141 5,03 490 - 77,5 - 144 4,98 500 - 78,5 - 146 4,94 510 - 79,5 - 149 4,9 520 - 80 - 152 4,85 530 - 81 - 155 4,81 540 - 82 - 158 4,77 550 - 83 - 161 4,73 560 - 84 - 163 4,7 570 - 84,5 - 166 4,66 580 - 85 - 169 4,62 590 173 86 - 172 4,48 600 176 87 - 174 4,55 610 178 87,5 - 177 4,52 620 181 88 - 180 4,48 630 184 89 - 183 4,45 640 187 89,5 - 186 4,42 645 189 90,5 - 188 4,39 655 192 91 - 191 4,36 665 194 91,5 - 194 4,33 675 197 92 - 197 4,3 685 200 93 - 200 4,27 695 203 93,5 - 203 4,24 705 206 94 - 206 4,21 715 208 95 15 208 4,19 725 210 95 15 211 4,16 735 213 96 16 214 4,13 745 216 96 17 217 4,1 755 220 97 18 220 4,08 765 222 97 18 223 4,05 775 225 98 19

225 4,03 785 227 98 19 228 4,01 795 230 99 20 231 3,98 805 223 99 21 234 3,96 815 236 100 21 236 3,94 825 238 100 22 239 3,92 835 240 101 22 241 3,9 845 243 101 23 245 3,87 855 247 102 23 248 3,85 865 249 102 24 251 3,83 875 252 102 24 253 3,81 885 254 103 25 256 3,79 895 257 103 25 259 3,77 905 260 103 26 262 3,75 910 263 104 26 265 37,3 920 265 104 26 268 3,71 930 268 105 27 271 3,69 940 271 105 27 274 3,67 950 274 105 28 275 3,66 960 276 106 28 278 3,64 970 279 106 29 282 3,62 980 282 106 29 285 3,6 990 285 107 29 287 3,59 1000 287 107 30 290 3,57 1010 290 107 30 293 3,55 1020 293 107 31 295 3,54 1030 295 108 31 298 3,52 1040 298 108 31 300 3,51 1050 300 108 32 304 3,49 1060 303 108 32 307 3,47 1070 307 109 32 309 3,46 1080 309 109 33 313 3,44 1090 312 109 33 315 3,43 1100 314 109 33 319 3,41 1110 318 109 33 321 3,4 1120 320 110 33 324 3,38 1130 323 110 33 327 3,37 1140 325 110 35 329 3,36 1150 327 110 35 333 3,34 1160 331 110 35 335 3,33 1120 333 110 36 339 3,31 1180 337 111 36 341 3,3 1190 329 111 36 343 3,29 1200 341 111 36 345 3,28 1205 343 111 37 350 3,26 1215 348 111 37 352 3,25 1225 350 111 37 354 3,24 1235 352 112 38 356 3,23 1245 354 112 38 361 3,21 1255 359 112 38 363 3,2 1265 361 112 38 366 3,19 1275 363 113 39



Etat traité

HB φ empr

Rpm (MPa)

HV HRB HRC

176 4,53 590 190 87,5 - 179 4,49 600 194 88 - 182 4,46 610 197 89 - 186 4,42 620 200 90 - 189 4,38 630 204 91 - 192 4,35 640 207 91 - 195 4,32 645 209 92 - 198 4,29 655 216 94 - 202 4,25 665 216 94 - 205 4,22 675 219 94 15 208 4,19 685 223 95 15 211 4,16 695 226 96 16 214 4,13 705 229 96 16 216 4,11 715 231 97 17 220 4,08 725 235 97 18 223 4,05 735 238 98 19 226 4,02 745 242 98 20 229 4 755 244 99 20 232 3,97 765 248 99 21 235 3,95 775 251 100 21 239 3,92 785 254 100 22 241 3,9 795 257 101 22 245 3,87 805 261 101 23 248 3,85 815 264 102 24 251 3,83 825 266 102 24 253 3,81 835 269 103 25 257 3,78 845 273 103 25 260 3,76 855 276 104 26 263 3,74 865 279 104 26 266 3,72 875 282 104 27 269 3,7 885 285 105 27 272 3,68 895 289 105 28 275 3,66 905 292 105 28 278 3,64 910 295 106 29 282 3,62 920 298 106 29 285 3,6 930 302 107 30 288 3,58 940 305 107 30 292 3,56 950 308 107 30 295 3,54 960 312 108 31 297 3,53 970 314 108 31 300 3,51 980 317 108 32 304 3,49 990 321 108 32 307 3,47 1000 325 109 32 309 3,46 1010 327 109 33 313 3,44 1020 330 109 33 317 3,42 1030 334 109 34 319 3,41 1040 336 109 34 323 3,39 1050 340 110 34

325 3,38 1060 342 110 34 329 3,36 1070 346 110 35 331 3,35 1080 348 110 35 333 3,34 1090 350 110 35 337 3,32 1100 354 111 36 339 3,31 1110 357 111 36 341 3,3 1120 359 111 36 345 3,28 1130 363 111 37 347 3,27 1140 365 111 37 350 3,26 1150 368 111 37 352 3,25 1160 370 111 37 356 3,23 1165 374 112 38 359 3,22 1175 377 112 38 361 3,21 1185 379 112 38 363 3,2 1195 382 112 38 366 3,19 1205 384 112 39 370 3,17 1215 389 112 39 373 3,16 1225 391 113 39 375 3,15 1235 394 113 40 378 3,14 1245 396 113 40 380 3,13 1255 399 113 40 383 3,12 1265 401 113 40 385 3,11 1275 404 113 40 388 3,1 1285 407 113 41 390 3,09 1295 410 113 41 395 3,07 1305 415 114 41 398 3,06 1315 418 114 42 401 3,05 1325 421 114 42 404 3,04 1335 424 114 42 406 3,03 1345 427 114 42 409 3,02 1365 431 114 43 412 3,01 1375 434 114 43 415 3 1385 437 115 43 418 2,99 1395 440 115 43 420 2,98 1405 443 115 44 423 2,97 1415 446 115 44 426 2,96 1420 450 115 44 429 2,95 1430 453 115 44 432 2,94 1450 457 115 45 435 2,93 1460 460 115 45 438 2,92 1470 463 115 45 441 2,91 1480 467 115 45 444 2,9 1490 470 115 46 448 2,89 1510 474 115 46 451 2,88 1520 478 115 46 454 2,87 1530 482 115 46 457 2,86 1550 486 115 47 461 2,85 1560 490 115 47



3 – Essai de Résilience

3.1. Principe La résilience est la capacité que possède un matériau d'aborber élastiquement de l'énergie. L'essai consiste à rompre en une fois une pièce entaillée en son milieu et reposant sur 2 appuis avec un pendule ( appelé mouton pendule )

Le pendule, muni d'un couteau, est écarté de la verticale d'une hauteur h0 telle que l'énergie de départ soit W0 = 300 Joules. On lache le pendule qui va briser l'éprouvette en passant à la verticale et remonter à une hauteur h1 ( ce qui permet de calculer l'énergie W1 non absorbée )

3.2. Eprouvettes 2 types d'entaille : U et V Dimensions : 55 x 10 x 10 Eprouvette en U : profondeur entaille 5mm (arrondi R1mm au fond) Eprouvette en V : profondeur entaille 2mm angle 45° (arrondi R0,25mm au fond) 3.3. Résilience Avec éprouvette en U : c'est l'essai Charpy S0 en cm²

KU ou KV = W0 – W1 ou 0 1

0

W WKCU KCV

S−

=



4 – Essai de Flexion par choc

L'essai consiste à fléchir une éprouvette reposant sur 2 appuis distants de d, en laissant tomber plusieurs fois d'une hauteur déterminée une masse ( 18 – 50 kg). Aprés un certain nombre de chocs, on mesure soit l'angle de flexion, soit la flèche.

5 – Essai d'Emboutissage

L'essai consiste à emboutir à froid, jusqu'à rupture, une éprouvette bloquée à l'aide d'un poinçon sphérique (φ20). On mesure la profondeur d'emboutissage quand la rupture s'amorce. e ≤ 4 mm

6 – Essai de Pliage

L'essai consiste à soumettre une éprouvette rectiligne à une déformation plastique par pliage jusqu'à un angle déterminé.

7 – Essai de Fatigue

Il consiste à faire subir à une éprouvette un certain type de sollicitation provoquée par une charge ou un déplacement dépendant du temps ( généralement sinusoïdal ) Par exemple : traction, traction-compression, flexion alternée, torsion alternée, ... Les résultats sont établis à partir des courbes de Whöler : ordonnées en échelle décimale : contrainte. abscisses en échelle logarithmique : nombre de cycles. L'asymptote de contrainte est appelée limite de fatigue.



8 – Essai de trempabilité (Jominy )

8.1. Principe Il consiste à chauffer une éprouvette cylindrique à une température de 75°C au dessus du point AC3 ( voir diagramme Fe-C ) pendant 30 minutes, puis à refroidir par eau une extrémité. 8.2. Mesures effectuées Aprés trempe, on effectue 1 méplat de 0,4mm de profondeur sur 2 génératrices à 180° en évitant tout échauffement lors du meulage ( pour éviter un revenu ) On effectue ensuite plusieurs mesures de dureté Rockwell C le long des génératrices. La première est à 1,5mm du bord, la seconde à 1,5mm de la précédente et les autres sont espacées de 2mm. On trace alors la courbe HRC = f( distance au bord ) exemples de spécification :

50J

5 15− dureté HRC 50 entre 5 et 15mm

35 45J

10−

dureté HRC entre 35 et 45 à 10mm

arrosage pendant 10 min 5s aprés la sortie du four

Essais Me Can i Ques

Documents

Transcript of Essais Me Can i Ques