Matériaux et essais mécaniques
Le domaine « Matériaux et essais mécaniques » évalue la connaissance des métaux et alliages, des traitements thermiques et des essais de caractérisation. Il faut choisir un matériau, interpréter une courbe de traction et relier microstructure, propriétés et traitement.
Propriétés et essais
- Essai de traction : limite d’élasticité Re, résistance à la traction Rm, allongement à la rupture A%, striction Z%.
- Rm se calcule avec la section initiale S0 : Rm = Fmax/S0 ; la striction utilise la section finale.
- Dureté Brinell HB, Rockwell HRC et Vickers HV sont des échelles différentes ; une conversion n’est pas universelle.
- Résilience au choc (Charpy) mesure l’énergie absorbée ; elle révèle la fragilité, surtout à basse température.
Métaux et traitements
- Les aciers sont des alliages fer-carbone ; la teneur en carbone influence trempabilité et dureté.
- Recuit : adoucir et détendre ; normalisation : affiner la structure ; trempe : durcir par refroidissement rapide ; revenu : réduire les contraintes et ajuster la dureté après trempe.
- Les fontes contiennent plus de carbone que les aciers et sont souvent fragiles en traction ; les alliages d’aluminium offrent une faible masse volumique mais un module d’Young plus faible.
- Le choix intègre limite élastique, usinabilité, soudabilité, coût et disponibilité.
Exemple travaillé
Une éprouvette cylindrique de diamètre d0 = 10 mm est soumise à un essai de traction. S0 = πd0²/4 = 78,54 mm². La charge maximale est Fmax = 35 kN = 35 000 N. Donc Rm = 35 000/78,54 ≈ 446 MPa. Si la limite d’élasticité est atteinte à 20 kN, Re = 20 000/78,54 ≈ 255 MPa. Le rapport Re/Rm ≈ 0,57 indique un acier plutôt ductile, à confirmer par l’allongement.
Pièges qui coûtent des points
- Calculer Rm avec la section rétrécie au lieu de S0.
- Confondre MPa et N/mm² : 1 MPa = 1 N/mm².
- Lire une dureté HRC sur une éprouvette mal préparée.
- Inverser trempe et revenu dans un cycle de traitement.
- Choisir un matériau uniquement sur Rm sans regarder la limite élastique.
À retenir
Un matériau se sélectionne par un compromis de propriétés, pas par une seule valeur de catalogue.