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Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoi

Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars Table de matières Matières: Page I. But de l’expérience. 2 II. Introduction générale 2 II.1. La dureté. 2 II.1.1. Méthodes des mesures des duretés. 2 II.1.2. Unités. 2 II.1.3. Types des méthodes. 2 II.2. Calcul d’erreur. 3 II.2.1 Types d’erreurs. 3 II.2.2. Définitions. 3 II.2.3. Calculs statistiques. 4 II.2.4. Incertitude absolue. 4 III. Caractéristiques des matériaux à étudier. 5 III.1. Laiton. 5 III.2. Fonte gris. 5 III.3. Acier trempé. 6 III.4. Aluminium. 6 IV. Essais de dureté Vickers. 6 IV.1. Méthode (explication). 6 V. Méthode de mesure. 7 VI. Essais de dureté Brinell. 7 VI.1. Méthode (explication). 7 VI.2. Méthode de mesure. 7 VII. Tableau des mesures pour les différents essais. 8 VIII. Récapitulation des résultats et Conclusion. 16 Profs : J. Forchelet & E. Trottet 1 Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars I. Buts de l’expérience Il s'agit de déterminer la précision de la mesure de dureté dans le cas de différents matériaux et en utilisant diverse méthodes. II. Introduction générale II.1.La dureté: La dureté caractérise la résistance à la déformation plastique des matériaux. Plus le matériaux est dur plus il présentera une résistance élevée à l'usure. Les matériaux durs sont très recherchés pour avoir les meilleurs outils de coupe possible. II.1.1. Méthode de mesure des duretés: Il existe de nombreuses méthode pour déterminer la dureté d'un matériaux. Les plus connus sont les essais par pénétration. On caractérise la dureté par la résistance que présente un matériau à l'enfoncement d'un pénétrateur de forme définie, soumis à une charge donnée. L'importance de l'empreinte laissée par le pénétrateur à la surface du matériau après décharge constitue le paramètre pris en compte pour le calcul de la dureté. Pour une charge donnée, l’empreinte est d'autant plus petite que le matériau est dur. L'empreinte est caractérisée soit par sa surface, soit par sa profondeur, selon le type d'essai. II.1.2. Unités: On exprime de plus souvent la dureté H comme le quotient de la force appliquée par la surface de l’empreinte. Dureté Force appliqué e Surface de l'empreinte F S        II.1.3. Types de méthodes: Nous allons procéder à 2 méthodes différentes parmi les 4 à disposition pour déterminer la dureté de divers matériaux: -l'essai Brinell, qui utilise une bille comme pénétrateur, (d= 2.5 mm, utilisé dans notre cas); Profs : J. Forchelet & E. Trottet 2 Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars -l'essai Vickers, qui utilise une pyramide en diamant avec des charges de plusieurs dizaines de kilo, (utilisé dans notre cas); -l'essai micro Vickers, qui utilise aussi une pyramide en diamant avec des charges inférieurs au kilo, (non utilisé dans notre cas); -l'essai Rockwell cône, qui utilise un cône en diamant comme pénétrateur (non utilisé dans notre cas). II.2. Calcul d'erreur: II.2.1. Types d'erreurs: Aucune mesure quelle que soit ne peut être garantie comme juste au 100%. La mesure s'accompagne toujours d'un doute, lié à la précision du résultat. Donc on peut distinguer trois types d'erreur: - l'erreur grossière, due à la distraction, à la faute de manipulation; elle provoque généralement une erreur importante et peut alors être rapidement décelée. En général on ne tiendra pas compte de cette mesure dans notre calcul. - l'erreur systématique, elle a une cause déterminée, liée généralement à la méthode de mesure ou à l'étalonnage de l'appareil. Soit elle peut être décelée et donc corrigée et éliminée, soit on estime qu'elle n'existe pas. - l'erreur accidentelle ou aléatoire, elle n'a aucune cause précise, et aucune raison de se produire de la même façon dans deux mesures successives et indépendantes. II.2.2. Termes que nous utiliserons dans ce rapport: Précision d'une mesure: exprime l'écart qui existe entre deux mesures du même événement, faites indépendamment l'une de l'autre. La précision d'un appareil exprime sa capacité de reproduire une mesure avec une exactitude définie. Exactitude d'une mesure: exprime l'écart entre la valeur mesurée et une valeur de référence reconnue comme acceptable. L'exactitude d'un appareil exprime sa capacité de donner la valeur réelle et la variable mesurée. Pouvoir de résolution d'un appareil: plus petite différence entre deux indications de l'échelle ou de l'affichage, lue sans interpolation. Profs : J. Forchelet & E. Trottet 3 Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars II.2.3. Calculs statistiques: Lorsqu'une mesure peut- être répétée facilement, sa précision pourra être déterminée par une analyse statistique portant sur l'ensemble des valeurs obtenues. La précision mesurée tient alors à la fois compte de la dispersion provenant du matériau et de ce qui vient de la méthode de mesure. Les deux grandeurs fondamentales à calculer sont: -valeur moyenne: X Xi n i n    1 -l'ecart-type: s Xi X n i n     ( ) 2 1 1 -probabilité p(Xi), (ou fréquence) d'apparition de la valeur Xi: p Xi s e Xi X S ( ) .          1 2 1 2 2  La valeur moyenne correspond à la valeur la plus probable, par contre l'écart-type donne une indication de la dispersion des résultats. II.2.4.Incertitude absolue: En augmentant le nombre de mesures, on diminue en général la dispersion observée, c’est-à-dire l'écart type, mais surtout on augmente la précision de la valeur moyenne. Cette précision est aussi appelée incertitude absolue. Si l'on veut donner maintenant un domaine d'incertitude sur la valeur mesurée en fonction de l'écart type, il faut tout d'abord établir quel niveau de confiance nous voulons avoir sur la lecture du résultat. En effet l'écart-type ne nous fournit pas l'écart maximum entre la plus «mauvaise" mesure et la moyenne des mesures mais une indication sur la variance. Nous définirons donc le niveau de confiance comme la probabilité qu'une mesure se trouve dans le domaine d'incertitude. L’intégrales de la dernière formule comprise entre les bornes adéquates nous permet de définir le taux de confiance de cette façon: Profs : J. Forchelet & E. Trottet 4 Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars incertitude est de ± - s ===> taux de confiance 68% incertitude est de ± - 1.65 s===> taux de confiance 90% incertitude est de ± - 2 s ===> taux de confiance 95% incertitude est de ± - 2.6 s ===> taux de confiance 99% où ‘s’= l’écart type III. Caractéristiques des matériaux à étudier: Nous étudierons successivement du laiton, une fonte, un aluminium et un acier trempé. Voici quelques indications générales concernant chacun de ces matériaux. III.1.Le laiton: Alliage de cuivre et zinc ( ~55 à 90% de Cu). L'adjonction de zinc dans le cuivre améliore les caractéristiques mécaniques. Résistance à la traction: selon le tables VSM, pour les tubes nous avons 400-450 N/mm^2 Dureté Brinell: cette résistance à la traction correspond à 115-150 HB III.2. Fonte grise: Ils contiennent entre 2.5% à 4.55 de carbone. Résistance à la traction: 400-1200 N/mm2 Dureté Brinell: difficile à définir à cause de sa structure moléculaire complexe. Peut varier de 120-400 HB. Structure moléculaire: matériau complexe, hétérogène, la fonte grise est constituée par des lamelles de graphite dispersées dans une matrice aciérée. Ces lamelles de graphite se déposent à l'instant de la solidification et forment une structure primaire. Cette structure exerce une action essentielle sur les caractéristiques mécaniques de la fonte grise, en particulier sur la résistance à la traction, sur son module d'élasticité, et sur la ténacité. Profs : J. Forchelet & E. Trottet 5 Ngoy Muvumbu & Roth Daniel Division Mécanique Section Génie Thermique Laboratoire de Chimie et Matériaux Manipulation N°4 Yverdon-les-Bains, le 6 mars Conséquence sur la dureté: en particulier pour les essais micro Vickers, l'hétérogénéité de la fonte grise conduit à une importante dispersion des résultats. La dureté de ce matériau peut varier fortement d'un endroit à l'autre. III.3.Acier trempé: Il s'agit d'un acier qui a subit une transformation moléculaire à la suite d'un chauffage et d'un refroidissement très rapide. La transformation du cube gamma en cube alpha étant trop rapide, le carbone reste emprisonné dans le cristal alpha. Il s'en suit une augmentation de dureté notable. Résistance à la traction: dépend énormément du type de trempe. Dureté: en principe nettement au-dessus des duretés habituelles. III.4. Aluminium: Il s'agit d'un matériau très résistant à la corrosion (Unidur). Application: construction d'appareil pour l'industrie chimique, alimentaire et d'emballage. Résistance à la traction: (~ 65 - 150 N/mm2) IV. ESSAIS de Dureté Vickers: IV.1.Explication de la méthode: Le pénétrateur est une pyramide en diamant à base carrée, d'angle au sommet 136° entre faces opposées. Après avoir mis en contact le pénétrateur avec la surface de l'échantillon, on exerce une charge F (en principe quelques dizaines de kilos), maintenue pendant uploads/Ingenierie_Lourd/ durete.pdf