Les propriétés mécaniques sont essentielles pour décrire le comportement d’un matériau lorsqu’une charge est appliquée. De nombreux tests, tels que les tests de tension, de compression, d’impact, de flexion, de cisaillement, de torsion et de dureté, sont développés afin d’observer la réponse d’un matériau à une force externe appliquée. Ces propriétés sont importantes pour que les concepteurs d’ingénierie puissent sélectionner des matériaux appropriés pour différentes applications.
Qu’est-ce que l’allongement d’un matériau ?
L’allongement est une mesure de la déformation qui se produit avant qu’un matériau finisse par se rompre lorsqu’il est soumis à une charge de traction. Lorsque cette dernière est appliquée, une augmentation de la longueur et une réduction uniforme de la surface de la section transversale ont lieu, tandis que le matériau conserve un volume constant. L’allongement dû à la dilatation peut également se produire lorsqu’un matériau subit une augmentation de température, ou si une force axiale et une température élevée agissent simultanément sur un matériau.
Comment mesure-t-on l’allongement ?
La mesure de l’allongement d’un matériau dû à une force axiale est généralement effectuée par un essai de résistance à la traction standard. Une bande ou une tige d’une certaine longueur et d’une section transversale uniforme, fixée à une extrémité, est soumise à une charge de traction le long de l’axe de l’éprouvette. Des marques de jauge sont tracées sur l’éprouvette lorsqu’elle est placée dans les pinces de la machine d’essai pour définir la longueur de la jauge. La charge axiale est augmentée progressivement et l’allongement est observé jusqu’à ce que le matériau se brise mécaniquement ou se fracture. Cet essai est généralement normalisé, réalisé à vitesse de charge constante, et est destructif. La longueur de la jauge ou de l’étalonnage doit être suffisamment longue pour que la contrainte de traction soit transmise uniformément.
Image 1 pour référence. Source- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
Une progression typique d’un essai de traction commence avec l’éprouvette située en l’absence de charge. Lors de l’application initiale de la charge, on peut observer un allongement uniforme et une réduction de la surface de la section transversale. Ce phénomène se poursuit jusqu’à ce qu’une charge maximale soit atteinte. Ensuite, un rétrécissement se produit, ce qui fait que la déformation suivante devient non uniforme et se produit uniquement au niveau du rétrécissement. La contrainte réelle locale continue à augmenter au fur et à mesure que la surface du col diminue jusqu’à ce que la fracture soit atteinte.
La formule pour l’allongement à toute longueur L pendant l’essai de traction est :
où,
δ = allongement, (po ou mm)
L0 = longueur initiale du calibre entre les marques, (in ou mm)
L = longueur entre les marques en tout point pendant l’allongement uniforme, (in ou mm)
Pendant un essai de traction, les lectures de la charge appliquée et de l’allongement de la longueur de la jauge sont prises simultanément. Ces données peuvent être reportées sur un graphique appelé courbe contrainte-déformation. La courbe contrainte-déformation est essentielle pour comprendre les propriétés du matériau car elle montre la relation de base entre la contrainte technique et la déformation technique .
La formule de la contrainte d’ingénierie, montrant une influence par la charge appliquée sur la surface de section transversale originale, est:
où,
σ = contrainte d’ingénierie, (lb/sq. in ou MPa)
P = charge appliquée, (lb ou N)
A0 = surface de la section transversale d’origine, (sq. in ou sq. mm)
La déformation technique, par contre, est mesurée comme le rapport entre l’allongement et la longueur de la jauge :
où,
ε = la déformation d’ingénierie, (sans unité)
δ = l’allongement en tout point pendant l’étape d’allongement uniforme, (po ou mm)
L0 = la longueur initiale de la jauge entre les marques (po ou mm)
Qu’est-ce que l’allongement en pourcentage ?
Supposons que nous avons une tige qui a subi un test de résistance à la traction. À l’aide d’un extensomètre, nous pouvons mesurer la longueur de jauge initiale Lo et une longueur de jauge finale Lf après le rétrécissement et la rupture. Le rapport entre la différence entre la longueur finale et la longueur d’origine et la longueur d’origine elle-même est appelé pourcentage d’allongement (%δ).
où,
%δ = pourcentage d’allongement, (%)
Lf = longueur finale de l’échantillon, (po ou mm)
Lo = longueur originale de l’échantillon, (po ou mm)
Cette mesure représente une propriété du matériau appelée ductilité .
Pourquoi calculer l’allongement d’un matériau ?
Réaliser un essai de traction pour déterminer l’allongement de différents matériaux est important afin d’évaluer leurs utilisations possibles. Par exemple, les matériaux ayant un allongement élevé – c’est-à-dire une bonne ductilité – sont essentiels dans les composants qui nécessitent une absorption d’énergie par déformation plastique, comme les glissières de sécurité et les pare-chocs.
Pour les processus de fabrication, la connaissance de cette propriété est essentielle pour mettre en œuvre des mesures de contrôle de la qualité.
Pour les ingénieurs des matériaux et de la fabrication, ces propriétés sont étudiées afin d’évaluer les faiblesses et les limites des matériaux en vue d’une amélioration et de l’exploration d’alternatives.