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Comportement mécanique des matériaux Réf. Internet : 42179 Actualisation perman

Comportement mécanique des matériaux Réf. Internet : 42179 Actualisation permanente sur www.techniques-ingenieur.fr Techniques de l'Ingénieur MÉCANIQUE Les Sélections Techniques de l’Ingénieur La plus importante base scientiique et technique en français Pour toute information, le service clientèle reste à votre disposition : Tél : 01 53 35 20 20 Fax : 01 53 26 79 18 Mail : infos.clients@teching.com III Une information iable, claire et actualisée Validés par un comité scientiﬁque et mis à jour en permanence sur Internet, les articles des Techniques de l’Ingénieur s’adressent à tous les ingénieurs et scientiﬁques, en poste ou en formation. Outil d’accompagnement de la formation et de la carrière des ingénieurs, les bases documentaires Techniques de l’Ingénieur constituent le socle commun de connaissances des acteurs de la recherche et de l’industrie. 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Sur www.techniques-ingenieur.fr •฀Saisissez฀la฀référence฀Internet฀pour฀accéder฀directement฀aux฀contenus฀en฀ligne •฀Retrouvez฀la฀liste฀complète฀des฀bases฀documentaires  IV ｃ･ｴ＠ｯｵｶｲ｡ｧ･＠ｦ｡ｩｴ＠ｰ｡ｲｴｩ･＠､ｵ＠ｰ｡｣ｫ＠ｆｯｮ｣ｴｩｯｮｳ＠･ｴ＠｣ｯｭｰｯｳ｡ｮｴｳｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳ＠Ｈｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠ｴｩＱＵＲＩ＠｣ｯｭｰｯｳ￩＠､･ｳ＠｢｡ｳ･ｳ＠､ｯ｣ｵｭ･ｮｴ｡ｩｲ･ｳ＠ｳｵｩｶ｡ｮｴ･ｳ＠Ｚｇ￩ｮ￩ｲ｡ｬｩｴ￩ｳ＠･ｴ＠｣ｯｮ｣･ｰｴｩｯｮｳ＠､･ｳ＠ｳｹｳｴ￨ｭ･ｳ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＱｍ￩｣｡ｴｲｯｮｩｱｵ･ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＵＰＹｃ｡ｬ｣ｵｬ＠･ｴ＠ｭｯ､￩ｬｩｳ｡ｴｩｯｮ＠･ｮ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＷＸｃｯｭｰｯｲｴ･ｭ･ｮｴ＠･ｮ＠ｳ･ｲｶｩ｣･＠､･ｳ＠ｳｹｳｴ￨ｭ･ｳ＠･ｴ＠｣ｯｭｰｯｳ｡ｮｴｳ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＰｃｯｭｰｯｲｴ･ｭ･ｮｴ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＷＹｍ￩｣｡ｮｩｱｵ･＠､･ｳ＠￩ｬ￩ｭ･ｮｴｳ＠ｴｯｵｲｮ｡ｮｴｳｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＵａｳｳ･ｭ｢ｬ｡ｧ･ｳ＠･ｴ＠ｦｩｸ｡ｴｩｯｮｳ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＷＷｇｵｩ､｡ｧ･＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＳｔｲ｡ｮｳｭｩｳｳｩｯｮ＠､･＠ｰｵｩｳｳ｡ｮ｣･＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･Ｚ＠｡｣｣ｯｵｰｬ･ｭ･ｮｴＬ＠･ｭ｢ｲ｡ｹ｡ｧ･Ｌ＠ｦｲ･ｩｮ｡ｧ･ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＴｔｲ｡ｮｳｭｩｳｳｩｯｮ＠､･＠ｰｵｩｳｳ｡ｮ｣･＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･Ｚ＠･ｮｧｲ･ｮ｡ｧ･ｳ＠･ｴ＠ｬｩ･ｮｳ＠ｳｯｵｰｬ･ｳｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＲｔｲ｡ｮｳｭｩｳｳｩｯｮ＠､･＠ｰｵｩｳｳ｡ｮ｣･＠ｨｹ､ｲ｡ｵｬｩｱｵ･＠･ｴ＠ｰｮ･ｵｭ｡ｴｩｱｵ･ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠Ｚ＠ＴＲＱＸＷ V Sur www.techniques-ingenieur.fr •฀Saisissez฀la฀référence฀Internet฀pour฀accéder฀directement฀aux฀contenus฀en฀ligne •฀Retrouvez฀la฀liste฀complète฀des฀bases฀documentaires  ｃ･ｴｴ･＠｢｡ｳ･＠､ｯ｣ｵｭ･ｮｴ｡ｩｲ･＠ｦ｡ｩｴ＠ｰ｡ｲｴｩ･＠､ｵ＠ｰ｡｣ｫ＠ｆｯｮ｣ｴｩｯｮｳ＠･ｴ＠｣ｯｭｰｯｳ｡ｮｴｳｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳ＠Ｈｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠ｴｩＱＵＲＩ＠､ｯｮｴ＠ｬ･ｳ＠･ｸｰ･ｲｴｳ＠ｳ｣ｩ･ｮｴｩｦｩｱｵ･ｳ＠ｳｯｮｴ＠Ｚｐｩ･ｲｲ･＠ｄｅｖａｌａｎａｮ｣ｩ･ｮ＠､ｩｲ･｣ｴ･ｵｲ＠､･ｳ＠ｐｲｯｧｲ｡ｭｭ･ｳ＠､･＠ｒ＠･ｴ＠ｄ＠､ｵ＠ｃｅｔｉｍＬ＠ｖｩ｣･Ｍｐｲ￩ｳｩ､･ｮｴ＠､･＠ｬＧａｳｳｯ｣ｩ｡ｴｩｯｮｆｲ｡ｮ￧｡ｩｳ･＠､･＠ｍ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｙｶ･ｳ＠ｇｏｕｒｉｎａｔｄｩｲ･｣ｴ･ｵｲ＠､￩ｰ｡ｲｴ･ｭ･ｮｴ＠ｍ￩｣｡ｮｩｱｵ･Ｍｓｴｲｵ｣ｴｵｲ･Ｍｍ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠￠＠ｬＧｉｓａｅ＠Ｈ･ｸ＠ｓｵｰ｡･ｲｯＩｐ｡ｳ｣｡ｬ＠ｇｕａｙｉｮｧ￩ｮｩ･ｵｲ＠ｉｎｓａ＠ｌｹｯｮＬ＠ｄｯ｣ｴ･ｵｲ＠￨ｳ＠ｓ｣ｩ･ｮ｣･ｳＬ＠ｅｸｰ･ｲｴ＠･ｮ＠ｔｲｩ｢ｯｬｯｧｩ･＠｣ｨ･ｺ＠ａｩｲ｢ｵｳ＠ｄ･ｦ･ｮ｣･＠｡ｮ､ｓｰ｡｣･ｄ｡ｮｩ･ｬ＠ｐｌａｙｐｲｯｦ･ｳｳ･ｵｲ＠ｉｎｓａ＠ｌｹｯｮ Sur www.techniques-ingenieur.fr •฀Saisissez฀la฀référence฀Internet฀pour฀accéder฀directement฀aux฀contenus฀en฀ligne •฀Retrouvez฀la฀liste฀complète฀des฀bases฀documentaires à VI ｒ･ｴｲｯｵｶ･ｺ＠､｡ｮｳ＠｣･ｴｴ･＠｢｡ｳ･＠､ｯ｣ｵｭ･ｮｴ｡ｩｲ･＠ｬ･ｳ＠｣ｯｮｴｲｩ｢ｵｴｩｯｮｳ＠､･＠Ｚ＠ｃｨｲｩｳｴｯｰｨ･＠ｂｏｕｖｅｔｐｯｵｲ＠ｬ’｡ｲｴｩ｣ｬ･＠Ｚ＠ｂｍＵＰＸＰｂｲｵｮｯ＠ｃａｓｔａｎｉ￉ｐｯｵｲ＠ｬ’｡ｲｴｩ｣ｬ･＠Ｚ＠ｂｍＵＰＸＰｐｨｩｬｩｰｰ･＠ｃｈｏｍｅｌｐｯｵｲ＠ｬ･ｳ＠｡ｲｴｩ｣ｬ･ｳ＠Ｚ＠ｂｍＵＰＱＲ＠–＠ｂｍＵＰＷＰ＠–＠ｂｍＵＰＷＱ＠–＠ｂｍＵＰＷＲ＠–＠ｂｍＵＰＷＳ＠–＠ｂｍＵＰＷＴｄｩ､ｩ･ｲ＠ｇｕ￉ｄｒａＭｄｅｇｅｏｒｇｅｓｐｯｵｲ＠ｬ’｡ｲｴｩ｣ｬ･＠Ｚ＠ｂｍＵＰＸＰｊ･｡ｮＭｆｲ｡ｮ￧ｯｩｳ＠ｒｉｇａｌｐｯｵｲ＠ｬ’｡ｲｴｩ｣ｬ･＠Ｚ＠ｂｍＵＰＱＸ SOMMAIRE VII Sur www.techniques-ingenieur.fr •฀Saisissez฀la฀référence฀Internet฀pour฀accéder฀directement฀aux฀contenus฀en฀ligne •฀Retrouvez฀la฀liste฀complète฀des฀bases฀documentaires  ＠＠ｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｰ｡ｧ･ｃｯｭｰｯｲｴ･ｭ･ｮｴ＠ｴｨ･ｲｭｯｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･＠､･ｳ＠｡ｬｬｩ｡ｧ･ｳ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳ＠ｂｍＵＰＱＲＹｕｳｩｮ｡ｧ･＠､･ｳ＠｣ｯｭｰｯｳ｡ｮｴｳ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･ｳＮ＠ａｰｰｬｩ｣｡ｴｩｯｮ＠｡ｵｸ＠ｰｩ￨｣･ｳ＠ｦｲｩｴｴ￩･ｳ＠ｂｍＵＰＱＸＱＷｓ￩ｬ･｣ｴｩｯｮ＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳＮ＠ｉｮｴｲｯ､ｵ｣ｴｩｯｮ＠ｂｍＵＰＷＰＲＱｓ￩ｬ･｣ｴｩｯｮ＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳＮ＠ｆ｡ｭｩｬｬ･ｳ＠､･＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｂｍＵＰＷＱＲＳｓ￩ｬ･｣ｴｩｯｮ＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳＮ＠ｍｩｳ･＠･ｮ＠ｯ･ｵｶｲ･＠･ｴ＠｡｣ｴ･ｵｲｳ＠ｂｍＵＰＷＲＲＹｓ￩ｬ･｣ｴｩｯｮ＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳＮ＠ｄ￩ｭ｡ｲ｣ｨ･ｳ＠､･＠｣ｨｯｩｸ＠ｂｍＵＰＷＳＳＵｓ￩ｬ･｣ｴｩｯｮ＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠ｭ￩ｴ｡ｬｬｩｱｵ･ｳＮ＠ｄ￩ｳｩｧｮ｡ｴｩｯｮ＠ｂｍＵＰＷＴＳＹｓｴｲｵ｣ｴｵｲ･ｳ＠･ｮ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸ＠｣ｯｭｰｯｳｩｴ･ｳ＠ｳｴｲ｡ｴｩｦｩ￩ｳ＠ｂｍＵＰＸＰＴＱｃｯｭｰｯｲｴ･ｭ･ｮｴ＠ｭ￩｣｡ｮｩｱｵ･＠､･ｳ＠ｭ｡ｴ￩ｲｩ｡ｵｸｒ￩ｦＮ＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ＠ＴＲＱＷＹ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique BM 5 012 − 1 Comportement thermomécanique des alliages métalliques par Philippe CHOMEL Docteur d’État ès sciences Professeur honoraire à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse 1. Le matériau métallique : microstructure et caractère métallique ............................................ BM 5 012 - 3 1.1 Microstructure.............................................................................................. — 3 1.2 Caractère métallique ................................................................................... — 5 2. Déformabilité : schéma simpliﬁé ........................................................ — 7 2.1 Sollicitation monotone................................................................................ — 7 2.1.1 Élasticité .............................................................................................. — 7 2.1.2 Limite élastique et déformation plastique........................................ — 7 2.1.3 Endommagement et rupture ............................................................. — 11 2.2 Sollicitation non monotone ........................................................................ — 13 2.2.1 Amortissement des vibrations .......................................................... — 13 2.2.2 Fatigue................................................................................................ — 13 3. Rôle de la température........................................................................... — 15 3.1 Température et cohésion ............................................................................ — 15 3.2 Propriétés thermiques................................................................................. — 16 3.3 Microstructures d’équilibre......................................................................... — 17 3.4 Changement d’état structural et traitements thermiques........................ — 17 3.5 Changement de composition par diffusion, soudage solide................... — 20 4. Actions conjuguées de la contrainte et de la température ......... — 20 4.1 Élasticité ....................................................................................................... — 20 4.2 Limite élastique............................................................................................ — 20 4.3 Déformation plastique en fonction de la température et de la contrainte : vitesse de déformation.............................................. — 21 4.4 Rupture......................................................................................................... — 24 5. Paramètres caractéristiques................................................................. — 26 5.1 Propriétés physiques................................................................................... — 26 5.2 Propriétés thermiques................................................................................. — 26 5.3 Propriétés mécaniques................................................................................ — 26 5.3.1 Essais mécaniques et paramètres caractéristiques......................... — 26 5.3.2 Lois de comportement phénoménologiques................................... — 31 5.3.3 Des essais de base aux contraintes et déformations équivalentes — 32 5.4 Propriétés électrochimiques....................................................................... — 33 6. Dimension et hétérogénéités ............................................................... — 34 6.1 Surfaces et interfaces.................................................................................. — 35 6.1.1 Caractérisation d’une surface............................................................ — 35 6.1.2 Traitements de surface....................................................................... — 35 6.2 Hétérogénéités............................................................................................. — 35 7. Conclusion ................................................................................................. — 36 Références bibliographiques ......................................................................... — 36 Ｙｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｂｍＵＰＱＲｏ｣ｴｯ｢ｲ･＠ＲＰＰＰ COMPORTEMENT THERMOMÉCANIQUE DES ALLIAGES MÉTALLIQUES ____________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. BM 5 012 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique e cahier de charges d’une pièce mécanique exprime les fonctions à remplir, le rôle à jouer : être léger, « résister » à la déformation, à la température, avoir des surfaces adaptées à un bon contact, à la résistance à la corrosion... La connaissance des matériaux, rendue objective par des modèles et des carac- téristiques de comportement, est une étape nécessaire préalable à tout problème de choix. Elle nécessite de prendre en considération trois champs : la composition et la microstructure, les propriétés, et les aptitudes des matériaux ; et de relier ces champs de façon rationnelle : la science des matériaux s’intéresse aux liens entre les deux premiers, le génie des matériaux cherche à rendre compte des aptitudes à partir des propriétés. Cet article a pour objectif de montrer comment la nature métallique et la micro- structure des matériaux métalliques sont responsables de leur comportement thermomécanique, c’est-à-dire de leur réponse en déformation et en rupture lorsqu’ils sont soumis à l’action de contraintes et de la température. Bien que s’adressant plutôt à des lecteurs à culture mécanicienne, fortement marquée par la mécanique des milieux continus, et le plus souvent homogènes, l’article comporte une approche microscopiste assez importante. En effet, ce serait un peu un faux débat d’opposer macroscopique et micro- scopique, dans la mesure où les lois de comportement — reliant contrainte, défor- mation, vitesse de déformation, température... — ne peuvent être exprimées correctement qu’en prenant en compte l’hétérogénéité microscopique du matériau métallique. Les progrès dans ce domaine ont été considérables depuis une génération, et la formation initiale des techniciens et ingénieurs est de plus en plus ouverte à cette double démarche. On pourrait objecter avec humour, comme le fait un expert en corrosion, que « les premiers hommes ne savaient rien des phénomènes physiques ou chimiques, qu’ils utilisaient de la sorte implicitement, et qu’ils étaient parfaite- ment à même d’en juger ». Et il ajoute, après avoir rappelé l’évolution de la connaissance, et le désir de « tout comprendre » jusqu’aux niveaux les plus ﬁns, que « si cette évolution satisfait la curiosité de l’esprit, il n’est pas sûr pour autant qu’elle améliore les processus de choix des matériaux ». Il serait facile de faire remarquer que l’inverse n’est pas non plus sûr. Et un sociologue fournit une piste en précisant : « L’homme ne vit pas d’informations, mais de communication, et celle-ci ne se fait pas sans intermédiaire. » Dans cet article, on se propose plutôt de faire une revue simple et large du « fonctionnement » des matériaux métalliques. On évitera donc de renvoyer à des références bibliographiques précises, on évitera des démonstrations lourdes. Et on renverra in ﬁne à une documentation récente et en français autant que possible, pour ceux qui souhaitent « en savoir plus ». Le but est d’abord de rendre le dialogue plus facile entre les acteurs concernés, ce qui n’est pas nuisible à la curiosité de l’esprit, surtout sur des matériaux que l’on est amené à mettre en œuvre. Enﬁn, s’intéressant aux matériaux métalliques, n’oublions pas qu’ils ne sont pas les seuls : les matériaux polymères, les matériaux composites à matrice poly- mère, les matériaux céramiques, se présentent comme des concurrents, avec des atouts différents. Pour situer quelques grandes différences, on se contentera de proposer dans le tableau A les ordres de grandeur de quelques propriétés. (0) L ＱＰｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｂｍＵＰＱＲ ___________________________________________________________________________ COMPORTEMENT THERMOMÉCANIQUE DES ALLIAGES MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique BM 5 012 − 3 1. Le matériau métallique : microstructure et caractère métallique 1.1 Microstructure ■Le matériau métallique est un composite polycristallin Une pièce métallique est formée d’un assemblage de cristaux, dont chacun est la répétition périodique (réseau) selon trois direc- tions de l’espace d’un « motif » d’atomes : un cristal est l’empilement à l’inﬁni d’une maille simple déﬁnie par le motif et les trois vecteurs de translation élémentaire du réseau. Si tous les atomes sont iden- tiques (métal pur), les cristaux sont tous identiques (une seule phase) : l’ensemble est un polycristal monophasé (ﬁgure 1). Dans le cas d’un alliage métallique, plusieurs espèces d’atomes sont présentes, et il peut y avoir des cristaux identiques (par exem- ple, solution solide primaire de laiton α (Cu et 5 % Zn)), ou des mélanges de deux ou plusieurs espèces de cristaux formant un polycristal polyphasé (par exemple, mélange de ferrite α et de cémentite Fe3C dans un acier au carbone). La structure cristalline des alliages métalliques dépend de la nature des atomes présents (et de la température) et est connue par la radiocristallographie. La dimension des cristaux (taille de grains) et leur orientation relative (texture) ont un caractère statistique pour une pièce donnée et résultent de l’histoire thermomécanique du matériau. La taille de grains peut être mesurée par métallographie, et la texture par des méthodes macroscopiques (radiocristallo- graphie) ou microscopiques (microscopie électronique à balayage). Si les uploads/s1/ composites.pdf