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1-1 MEC200 Technologie des matériaux MEC200 Chapitre 1 Cours #1 1-2 MEC200 Déro

1-1 MEC200 Technologie des matériaux MEC200 Chapitre 1 Cours #1 1-2 MEC200 Déroulement du cours (4 crédits) - 3 h d’enseignement magistral - 3 h d’activités pratiques (heure à déterminée cette semaine) - travaux personnels (6 heures par semaine) lectures des chapitres du livre et relecture des notes de cours 2 devoirs à faire en équipe de 8 Activités pratiques à préparer et à rédiger (en équipe de 4) Un Coordinateur d’activité pratique: Etienne Beaudoin: etienne.beaudoin.1@ens.etsmtl.ca - Examen intra et examen final en personne (intra le 31/10(G4), le 01/11 (G2); le 26/10(G3)) - Enseignants:  Nicole Demarquette (nicoler.demarquette@etsmtl.ca)  Ricardo Zednik (ricardo.zednik@etsmtl.ca) Livre : Science et Génie des Matériaux (Donald R. Askeland et Wendelin J. Wright) 1-3 MEC200 Les enseignants et le livre • Mélanges de polymères et nanocomposites • Rhéologie • Mise en forme classique • Electrofilage, FA Matrice polymérique Charges Prof. Nicole Demarquette 1-4 MEC200 Les enseignants et le livre Prof. Ricardo Zednik • Matériaux intelligents • Capteurs/Actionneurs • Analyse de défaillance • Mécanique de la rupture • Fractographie • Microsystèmes 1-5 MEC200 Les enseignants et le livre 1-6 MEC200 Voir site Moodle https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=12740 Plan de cours 1-7 MEC200 Pourquoi? • Un ingénieur mécanique fait de la conception. • Conception: processus de création, de dessin ou de projet dans le cadre de la fabrication de produits. • Beaucoup de problèmes liés à la conception ne proviennent pas de la conception proprement dite mais d’une mauvaise utilisation des matériaux! 1-8 MEC200 Exemples Source: Matériaux 2. Microstructures, mise en œuvre et conception, 3ème édition Michael F. Ashby, D.R.H. Jones Pont en Écosse (1871) 85 piliers, 14 premiers en brique Au milieu 27 m Pont de 3 km de long 1-9 MEC200 Exemples Source: Matériaux 2. Microstructures, mise en œuvre et conception, 3ème édition Michael F. Ashby, D.R.H. Jones 1-10 MEC200 Exemples Source: Matériaux 2. Microstructures, mise en œuvre et conception, 3ème édition Michael F. Ashby, D.R.H. Jones Piliers en fonte Entretoises en acier forgé La structure fut conçue pour soutenir les efforts en tension et en compression 1-11 MEC200 Les entretoises étaient fixées sur les collerettes des piliers en fonte par des boulons Exemples Tractions sur entretoises: 60 T Pour avoir une déformation plastique 100 T Une analyse a montré que les chapes de fonte ont cassé sous un effort de 24 T En plus, la fonte a une résistance de 137 MPa ce qui équivaut à 180T 1-12 MEC200 Exemples Pouvez-vous me dire quelle est la cause de la défaillance? 1-13 MEC200 2009 vs. 1959 2009 Chevrolet Malibu 1959 Chevrolet Bel Air http://www.youtube.com/watch?v=OF6JUB7bCEk 1-14 MEC200 IIHS Test (60 km/h) 2009 Chevrolet Malibu 1959 Chevrolet Bel Air 1-15 MEC200 Exemples Défaillance de Liberty Ship pendant la seconde guerre mondiale Défaillance avant de quitter le chantier naval Rupture d'acier • Défaillance matériel du Titanic • Frappé un iceberg deux jours après son premier voyage • Défaillance par rupture fragile due à la combinaison d'impacts élevés et de basses températures > 1.500 perdus en direct • Désastre Challenger de la navette spatiale (NASA): 1986 • Il s'est brisé 73 secondes après son vol • Échec du joint torique: rupture dans le joint scellé, permettant au gaz chaud sous pression d'atteindre l'extérieur Décès de 7 membres d'équipage Source: http://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_de_la_navette_spatiale_Challenger 1-16 MEC200 Pourquoi? • Un ingénieur mécanique fait de la conception • Conception: processus de création, de dessin ou de projet dans le cadre de la fabrication de produits. • Beaucoup de problèmes liés à la conception ne proviennent pas de la conception proprement dite mais d’une mauvaise utilisation des matériaux! • Les ingénieurs choisissent des matériaux qui servent à la fabrication des pièces, des machines et des structures et peuvent en modifier les propriétés. • Des mauvais choix peuvent être désastreux : - Sécurité - Économique 1-17 MEC200 Comment fonctionnent les matériaux? 1-18 MEC200 Trois échantillons d’ alumine obtenus par des routes différentes. Monocristal transparent Policristal dense (translucide) Policristal poreux Source : Science et Génie des Matériaux W.D. Callister 1-19 MEC200 Objectifs du cours - Comment l’ingénieur peut-il choisir de façon convenable un matériau pour une application donnée ou modifier les propriétés de celui-ci pour améliorer la performance d’une pièce en service ou sa mise en forme? - Relations qui existent entre les propriétés des matériaux, leur structure, leur procédé de fabrication et les conditions d’utilisation . Objectifs spécifiques 1. Acquérir les notions de base des propriétés mécaniques; 2. Décrire et prédire les mécanismes à l’origine des propriétés spécifiques des matériaux; 3. Acquérir les connaissances nécessaires pour choisir judicieusement un matériau et sa préparation pour des applications industrielles; 4. Choisir un matériau en fonction de ses conditions d’utilisation, de ses propriétés et de sa mise en forme. 1-20 MEC200 Nouveau produit Les ingénieurs choisissent des matériaux qui servent à la fabrication des pièces. • Étude du concept (fonctions et exigences) – Étude de faisabilité • Mise au point d’un prototype – Évaluer le comportement en service – Tenir compte de facteurs technologiques • Étude de production – Équipements disponibles – Coûts de production • Fabrication 1-21 MEC200 Produit existant • Réduire les coûts – Matières premières – Fabrication – Production – Énergie • Améliorer le produit – Réduire la masse – Fiabilité – Longévité • Exigences nouvelles 1-22 MEC200 Plan du cours • Introduction – Pourquoi étudier les matériaux? – Comment fonctionnent les matériaux? – Importance du cours MEC200 • Grandes classes des matériaux – Introduction – Rappel de la table périodique des éléments – Métaux, céramiques, polymers • Quelques cas pratiques de choix des matériaux • Définir l’indice de performance des matériaux – méthode Ashby 1-23 MEC200Quelles sont les classes de matériaux? Métaux Céramiques  Polymères 1-24 MEC200 Tableau périodique Aller sur le site http://www.ptable.com/?lang=fr ou https://www.webelements.com/ https://www.youtube.com/watch?v=xd4-Uy2FLWc From 3.42 to https://assets.letemps.ch/sites/default/files/media/2016/01/05/file6nv2axp605h19j4h825m.png 1-25 MEC200 Métaux • Éléments métalliques • Possèdent de nombreux électrons libres • Liaisons chimiques métalliques • Cristallins • Propriétés générales: – Résistance mécanique – Plasticité – Ténacité – Opacité – Bons conducteurs thermiques et électriques 1-26 MEC200 Métaux ferreux • À base de fer! • Production mondiale 20 fois plus élevée que celle des autres métaux • Excellentes propriétés mécaniques • Grande facilité de mise en forme • Prix de revient peu élevé • Très sensibles à la corrosion • Moins appropriés pour applications nécessitant rigidité et poids faible 1-27 MEC200 Métaux : Métaux non ferreux • Aluminium : magnésium, cuivre, titane, zinc, etc. • Métaux réfractaires (Tf élevé) : niobium, molybdène, tungstène, tantale • Superalliages à base de nickel ou de cobalt • Avantages des métaux non ferreux – Grande résistance à la corrosion – Grande facilité de formage – Meilleures propriétés mécaniques et physiques que les métaux ferreux (à poids égal) • Plus coûteux que les métaux ferreux 1-28 MEC200 Polymères • Liaisons covalentes entre atomes et Van der Waals entre les chaines linéaires • Haute masse molaire • Semi-cristallins ou amorphes • Thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères • Propriétés générales – Faible densité – Flexibilité – Ténacité – Peu résistants aux températures • Essentiellement composé d’une structure carbonée (ou Si), avec des atomes légers (H, O, N, F…) 1-29 MEC200 Polystyrene (PS) Polyéthylène (PE) PET Polyamydes (nylon) PVC 1-30 MEC200 30 http://www.industrie.com/it/le-polymere- victrex-peek-remplace-le-metal-dans-des- engrenages-d-outil-agricole.12461 http://www.directindustry.fr/fabricant-industriel/raccord-instantane-84037-_5.html http://souspression.canalblog.com/archives/2011/11/29/22807495.html http://www.google.com/imgres?q=polymer+oleds Applications très variables 1-31 MEC200 • Composés d’éléments métalliques et non métalliques : souvent des oxydes, des nitrures ou des carbures : ZrO2, Al2O3, CN, TiC, TiN, aussi les oxydes qui se forment à la surface des métaux • Liaisons chimiques ioniques et covalentes • Cristallins ou amorphes • Céramiques traditionnelles, avancées, verres, ciments • Propriétés Isolants Inertie chimique Dures et fragiles Céramiques 1-32 MEC200 Céramiques Source: Minicut Briques réfractaires Micro piézoélectrique pour guitare Isolant Implant tête de fémur Implant dentaire 1-33 MEC200 Composites Constitués de plus d’un type de matériaux ex: Matrice: polimérique Agent de renfort Source: W.D. Callister Jr. Science et Génie des Matériaux 1-34 MEC200 • en.wikipedia.org/wiki/Wright_Flyer • www.airbus.com/galleries/photo-gallery/ • www.boeing.com, 2014 1-35 MEC200 http://www.examiner.com/article/stainless-steel-ford-cars- now-reside-museums http://wheels.blogs.nytimes.com/2010/01/05/think-electric- car-to-be-built-in-indiana/?_r=0 http://designapplause.com/2011/porsche-356-aluminum- car/14190/ 640 kg 1-36 MEC200 1-37 MEC200 1-38 MEC200 Plan du cours • Introduction – Pourquoi étudier les matériaux? – Comment fonctionnent les matériaux? – Importance du cours MEC200 • Objectifs du cours 1 • Grandes classes des matériaux – Introduction – Rappel de la table périodique des éléments – Métaux, céramiques, polymers • Quelques cas pratiques de choix des matériaux • Définir l’indice de performance des matériaux – méthode Ashby 1-39 MEC200 1. Coût limite Procédure: Évaluation des besoins 1. Doit respecter les conditions d’utilisation (contrainte, température, environnement) 2. Fiabilité 3. Garantie Exigences fonctionnelles Exigences technologiques Exigences économiques Exigences sociales 1. Fabrication 2. Conservation des propriétés de la pièce 3. L’assemblage 1. Restrictions légales 2. Environnement Aider à faire un choix judicieux du matériau en fonction des critères désirés (résistance, poids, coût…) 1-40 MEC200 Prothèse de hanche dans le corps humain. Source: W.D. Callister Jr. Science et Génie des Matériaux Radiographie Quels matériaux utilizer pour la tige fémorale ? 1-41 MEC200 Prothèse de hanche – matériaux - spécifications Source: W.D. Callister Jr. Science et Génie des Matériaux • Biocompatibilité pour minimiser le rejet • Résistant à la corrosion uploads/Ingenierie_Lourd/ mec-200-cours-01-a2022-221101-115402.pdf