L'essai de résistance à la traction est principalement utilisé pour déterminer la capacité des matériaux métalliques à résister aux dommages pendant le processus d'étirement et constitue l'un des indicateurs importants pour évaluer les propriétés mécaniques des matériaux.
1. Essai de traction
L'essai de traction repose sur les principes de base de la mécanique des matériaux. En appliquant une charge de traction à l’échantillon de matériau dans certaines conditions, cela provoque une déformation en traction jusqu’à la rupture de l’échantillon. Pendant le test, la déformation de l'échantillon expérimental sous différentes charges et la charge maximale lorsque l'échantillon se casse sont enregistrées, afin de calculer la limite d'élasticité, la résistance à la traction et d'autres indicateurs de performance du matériau.
Contrainte σ = F/A
σ est la résistance à la traction (MPa)
F est la charge de traction (N)
A est la surface de la section transversale de l'échantillon
2. Courbe de traction
Analyse de plusieurs étapes du processus d'étirement :
un. Au stade OP avec une petite charge, l'allongement est en relation linéaire avec la charge, et Fp est la charge maximale pour maintenir la ligne droite.
b. Une fois que la charge dépasse Fp, la courbe de traction commence à adopter une relation non linéaire. L'échantillon entre dans la phase de déformation initiale, la charge est supprimée et l'échantillon peut revenir à son état d'origine et se déformer élastiquement.
c. Une fois que la charge dépasse Fe, la charge est supprimée, une partie de la déformation est restaurée et une partie de la déformation résiduelle est conservée, appelée déformation plastique. Fe est appelée limite élastique.
d. Lorsque la charge augmente encore, la courbe de traction apparaît en dents de scie. Lorsque la charge n'augmente ou ne diminue pas, le phénomène d'allongement continu de l'échantillon expérimental est appelé élasticité. Après avoir cédé, l’échantillon commence à subir une déformation plastique évidente.
e. Après élasticité, l'échantillon présente une augmentation de la résistance à la déformation, de l'écrouissage et du renforcement de la déformation. Lorsque la charge atteint Fb, la même partie de l’échantillon rétrécit fortement. Facebook est la limite de force.
f. Le phénomène de retrait entraîne une diminution de la capacité portante de l'échantillon. Lorsque la charge atteint Fk, l'échantillon se casse. C'est ce qu'on appelle la charge de rupture.
Limite d'élasticité
La limite d'élasticité est la valeur de contrainte maximale qu'un matériau métallique peut supporter depuis le début de la déformation plastique jusqu'à la rupture complète lorsqu'il est soumis à une force externe. Cette valeur marque le point critique où le matériau passe de l’étape de déformation élastique à l’étape de déformation plastique.
Classification
Limite d'élasticité supérieure : fait référence à la contrainte maximale de l'échantillon avant que la force ne chute pour la première fois lorsque la limite d'élasticité se produit.
Limite d'élasticité inférieure : fait référence à la contrainte minimale dans la phase d'élasticité lorsque l'effet transitoire initial est ignoré. Étant donné que la valeur de la limite d'élasticité inférieure est relativement stable, elle est généralement utilisée comme indicateur de la résistance du matériau, appelée limite d'élasticité ou limite d'élasticité.
Formule de calcul
Pour la limite d'élasticité supérieure : R = F / Sₒ, où F est la force maximale avant que la force ne chute pour la première fois au cours de la phase d'élasticité, et Sₒ est la section transversale d'origine de l'échantillon.
Pour une limite d'élasticité inférieure : R = F / Sₒ, où F est la force minimale F ignorant l'effet transitoire initial, et Sₒ est la section transversale d'origine de l'échantillon.
Unité
L'unité de limite d'élasticité est généralement MPa (mégapascal) ou N/mm² (Newton par millimètre carré).
Exemple
Prenons l'exemple de l'acier à faible teneur en carbone, sa limite d'élasticité est généralement de 207 MPa. Lorsqu'il est soumis à une force externe supérieure à cette limite, l'acier à faible teneur en carbone produira une déformation permanente et ne pourra pas être restauré ; lorsqu'il est soumis à une force externe inférieure à cette limite, l'acier à faible teneur en carbone peut revenir à son état d'origine.
La limite d'élasticité est l'un des indicateurs importants pour évaluer les propriétés mécaniques des matériaux métalliques. Il reflète la capacité des matériaux à résister à la déformation plastique lorsqu’ils sont soumis à des forces extérieures.
Résistance à la traction
La résistance à la traction est la capacité d'un matériau à résister aux dommages soumis à une charge de traction, qui est spécifiquement exprimée comme la valeur de contrainte maximale à laquelle le matériau peut résister pendant le processus de traction. Lorsque la contrainte de traction exercée sur le matériau dépasse sa résistance à la traction, le matériau subit une déformation plastique ou une fracture.
Formule de calcul
La formule de calcul de la résistance à la traction (σt) est la suivante :
σt = F / A
Où F est la force de traction maximale (Newton, N) à laquelle l'éprouvette peut résister avant de se briser, et A est la section transversale d'origine de l'éprouvette (millimètre carré, mm²).
Unité
L'unité de résistance à la traction est généralement MPa (mégapascal) ou N/mm² (Newton par millimètre carré). 1 MPa équivaut à 1 000 000 de Newtons par mètre carré, ce qui équivaut également à 1 N/mm².
Facteurs d'influence
La résistance à la traction est affectée par de nombreux facteurs, notamment la composition chimique, la microstructure, le processus de traitement thermique, la méthode de traitement, etc. Différents matériaux ont des résistances à la traction différentes, donc dans les applications pratiques, il est nécessaire de sélectionner des matériaux appropriés en fonction des propriétés mécaniques du matériels.
Application pratique
La résistance à la traction est un paramètre très important dans le domaine de la science et de l’ingénierie des matériaux et est souvent utilisée pour évaluer les propriétés mécaniques des matériaux. En termes de conception structurelle, de sélection des matériaux, d’évaluation de la sécurité, etc., la résistance à la traction est un facteur à prendre en compte. Par exemple, dans l’ingénierie de la construction, la résistance à la traction de l’acier est un facteur important pour déterminer s’il peut résister aux charges ; dans le domaine de l'aérospatiale, la résistance à la traction des matériaux légers et à haute résistance est la clé pour assurer la sécurité des avions.
Résistance à la fatigue :
La fatigue des métaux fait référence au processus dans lequel les matériaux et les composants produisent progressivement des dommages cumulatifs permanents locaux en un ou plusieurs endroits sous une contrainte cyclique ou une déformation cyclique, et des fissures ou des fractures complètes soudaines se produisent après un certain nombre de cycles.
Caractéristiques
Soudain dans le temps : la rupture par fatigue du métal se produit souvent soudainement sur une courte période de temps sans signes évidents.
Localité en position : la rupture par fatigue se produit généralement dans les zones locales où les contraintes sont concentrées.
Sensibilité à l'environnement et aux défauts : La fatigue du métal est très sensible à l'environnement et aux minuscules défauts à l'intérieur du matériau, qui peuvent accélérer le processus de fatigue.
Facteurs d'influence
Amplitude de contrainte : L'ampleur de la contrainte affecte directement la durée de vie en fatigue du métal.
Ampleur de contrainte moyenne : plus la contrainte moyenne est élevée, plus la durée de vie du métal en fatigue est courte.
Nombre de cycles : plus le métal est soumis à des contraintes ou à des déformations cycliques, plus l'accumulation de dommages par fatigue est grave.
Mesures préventives
Optimisez la sélection des matériaux : sélectionnez des matériaux avec des limites de fatigue plus élevées.
Réduire la concentration des contraintes : réduire la concentration des contraintes grâce à des méthodes de conception structurelle ou de traitement, telles que l'utilisation de transitions à coins arrondis, l'augmentation des dimensions transversales, etc.
Traitement de surface : Polissage, pulvérisation, etc. sur la surface métallique pour réduire les défauts de surface et améliorer la résistance à la fatigue.
Inspection et entretien : Inspecter régulièrement les composantes métalliques pour détecter et réparer rapidement les défauts tels que les fissures ; entretenir les pièces sujettes à la fatigue, comme le remplacement des pièces usées et le renforcement des maillons faibles.
La fatigue des métaux est un mode de défaillance courant des métaux, caractérisé par sa soudaineté, sa localisation et sa sensibilité à l'environnement. L'amplitude des contraintes, l'ampleur moyenne des contraintes et le nombre de cycles sont les principaux facteurs affectant la fatigue du métal.
Courbe SN : décrit la durée de vie en fatigue des matériaux sous différents niveaux de contrainte, où S représente la contrainte et N représente le nombre de cycles de contrainte.
Formule du coefficient de résistance à la fatigue :
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Où (Ka) est le facteur de charge, (Kb) est le facteur de taille, (Kc) est le facteur de température, (Kd) est le facteur de qualité de surface et (Ke) est le facteur de fiabilité.
Expression mathématique de la courbe SN :
(\sigma^m N = C)
Où (\sigma) est la contrainte, N est le nombre de cycles de contrainte et m et C sont des constantes matérielles.
Étapes de calcul
Déterminez les constantes matérielles :
Déterminez les valeurs de m et C par des expériences ou en vous référant à la littérature pertinente.
Déterminez le facteur de concentration de contraintes : tenez compte de la forme et de la taille réelles de la pièce, ainsi que de la concentration de contraintes provoquée par les congés, les rainures de clavette, etc., pour déterminer le facteur de concentration de contraintes K. Calculez la résistance à la fatigue : en fonction de la courbe SN et des contraintes. Le facteur de concentration, combiné à la durée de vie nominale et au niveau de contrainte de travail de la pièce, calcule la résistance à la fatigue.
2. Plasticité :
La plasticité fait référence à la propriété d'un matériau qui, soumis à une force externe, produit une déformation permanente sans se briser lorsque la force externe dépasse sa limite élastique. Cette déformation est irréversible et le matériau ne reprendra pas sa forme initiale même si la force extérieure est supprimée.
Indice de plasticité et sa formule de calcul
Allongement (δ)
Définition : L'allongement est le pourcentage de déformation totale de la section de jauge après que l'éprouvette soit fracturée par traction jusqu'à atteindre la longueur de jauge d'origine.
Formule : δ = (L1 – L0) / L0 × 100 %
Où L0 est la longueur entre repères d’origine de l’éprouvette ;
L1 est la longueur de référence après la rupture de l'éprouvette.
Réduction segmentaire (Ψ)
Définition : La réduction segmentaire est le pourcentage de réduction maximale de la surface transversale au point de striction après que l'éprouvette est brisée jusqu'à la surface transversale d'origine.
Formule : Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100 %
Où F0 est la section transversale d’origine de l’échantillon ;
F1 est la surface de la section transversale au point de striction après la rupture de l'éprouvette.
3. Dureté
La dureté des métaux est un indice de propriété mécanique permettant de mesurer la dureté des matériaux métalliques. Il indique la capacité à résister à la déformation du volume local de la surface métallique.
Classification et représentation de la dureté des métaux
La dureté des métaux a une variété de méthodes de classification et de représentation selon différentes méthodes de test. Incluez principalement les éléments suivants :
Dureté Brinell (HB) :
Champ d'application : généralement utilisé lorsque le matériau est plus mou, comme les métaux non ferreux, l'acier avant traitement thermique ou après recuit.
Principe de test : Avec une certaine taille de charge d'essai, une bille en acier trempé ou une bille en carbure d'un certain diamètre est enfoncée dans la surface du métal à tester, et la charge est déchargée après un temps spécifié et le diamètre de l'indentation sur la surface à tester est mesurée.
Formule de calcul : La valeur de dureté Brinell est le quotient obtenu en divisant la charge par la surface sphérique de l'indentation.
Dureté Rockwell (HR) :
Champ d'application : généralement utilisé pour les matériaux avec une dureté plus élevée, tels que la dureté après traitement thermique.
Principe de test : Similaire à la dureté Brinell, mais utilisant des sondes différentes (diamant) et des méthodes de calcul différentes.
Types : Selon l'application, il existe des types HRC (pour les matériaux à haute dureté), HRA, HRB et autres.
Dureté Vickers (HV) :
Champ d'application : convient pour l'analyse au microscope.
Principe du test : appuyez sur la surface du matériau avec une charge inférieure à 120 kg et un pénétrateur à cône carré en diamant avec un angle de sommet de 136 °, et divisez la surface de la fosse d'indentation du matériau par la valeur de charge pour obtenir la valeur de dureté Vickers.
Dureté Leeb (HL) :
Caractéristiques : testeur de dureté portable, facile à mesurer.
Principe du test : utilisez le rebond généré par la tête sphérique d'impact après avoir impacté la surface de dureté et calculez la dureté par le rapport de la vitesse de rebond du poinçon à 1 mm de la surface de l'échantillon à la vitesse d'impact.
Heure de publication : 25 septembre 2024
