Soutenance mémoire
Etude sur la ductilité des métaux
Introduction à la ductilité
La maîtrise des procédés de mise en forme passe par une bonne connaissance du comportement des matériaux et des conditions d’apparition des instabilités. Ceci se traduit par un effort de compréhension des mécanismes physiques mis en jeu. [1] L’étude des matériaux est par nature interdisciplinaire, les propriétés des matériaux étant gouvernées par des phénomènes physiques, chimiques, mécaniques… Elle se situe à la frontière entre les domaines les plus fondamentaux de la physique du solide, de la mécanique des milieux continus, des mathématiques et la démarche pragmatique utilisée en conception ou en évaluation des coûts.[2]
l’utilisation de matériaux structuraux dans l’industrie nécessite donc, une bonne connaissance de leurs propriétés d’usage, afin de répondre au mieux aux contraintes sévères imposées dans les principaux secteurs industriels modernes.[3] Aussi d’après [4] la bonne connaissance des matériaux et leur bonne utilisation font intervenir trois domaines d’activité :
Le développement du matériau lui-même.
La caractérisation des propriétés d’emploi.
Le travail sur les modèles numériques.
Dans notre travail nous nous intéressons à la propriété de la ductilité des métaux qui a fait l’objet de nombreuses études aussi bien récentes qu’anciennes. C’est en 1750 que Tillet et Mathieu publièrent une dissertation sur la ductilité des métaux dans [5] ; en effet ils affirment que les métaux obéissent au marteau et au sifflet; ils s’allongent, s’étendent, se plient, se replient, et nous offrent milles et un chefs – d’œuvres en raison de leurs ductilité par conséquent, la ductilité est définit de façon simpliste comme étant l’aptitude à la déformation plastique.
Cependant, la ductilité, a pris de l’importance quand l’ingénieur allemand Alfred Wilm découvrit, en 1906, que l’addition de cuivre, de magnésium et de manganèse en petite quantité dans l’aluminium conduit à un durcissement spectaculaire de ce métal, qui devient beaucoup moins déformable. Cette découverte mena aux Duralumins, alliages d’aluminium qui se sont répandus dans l’industrie aéronautique et automobile en raison de leur dureté, de leur légèreté et de leur résistance à l’usure mécanique.
Définition de la ductilité
La ductilité est une donnée qualitative et subjective des caractéristiques des matériaux. La détermination de celle-ci peut cependant avoir trois intérêts majeurs:
-Elle indique jusqu’à quelle limite un matériau peut se déformer sans encourir de fracture dans sa mise en forme (ex : laminage, …).
-Elle indique la capacité d’un matériau à se déformer plastiquement avant de se fracturer. Une ductilité importante signifie que le matériau peut s’accommoder localement d’une grande déformation plastique sans aucune initiation de fissure.
-Elle sert d’indicateur de présence d’impuretés dans les matériaux.
La ductilité est la propriété qui permet à un matériau de s’étirer, se plier ou se tordre sans se fissurer ou se briser. Cette propriété permet donc, à un matériau d’être étirer en un fil mince sans se rompre brutalement. [8] D’autre part, elle est caractérisée par l’aptitude d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. On mesure pour cela la déformation (appelée allongement A%) à la rupture. La ductilité est surtout recherchée pour l’emboutissage des tôles. [9] Elle est généralement mesurée à l’aide d’essais de traction uniaxiale sur éprouvettes axisymétriques lisses ou entaillées. L’essai consiste à étirer un échantillon de métal appelé éprouvette, d’en mesurer son point de limite élastique et son allongement jusqu’à sa rupture. Ainsi cette propriété est très importante à identifier et à connaitre en mise en forme surtout pour les matériaux utilisés en constructions de structures portantes pour ne pas mettre en péril l’ensemble de la structure. De ce fait l’étude de la ductilité nécessite une analyse du comportement contrainte-déformation. [10] En résistance des matériaux, la ductilité désigne la capacité d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu’un défaut (fissure ou cavité), induit par la déformation plastique, devient critique et se propage. C’est donc l’aptitude qu’a un matériau à résister à cette propagation. S’il y résiste bien, il est dit ductile, sinon il est dit fragile.
C’est une propriété conditionnée par la malléabilité « La malléabilité est le premier indice de la ductilité ; mais elle ne nous donne néanmoins qu’une notion assez imparfaite du point auquel la ductilité peut s’étendre ». Dans [11], elle est définie comme étant la capacité de déformation plastique. Deux mesures régissent la ductilité dans la norme ASTM E8 / E8M ; il s’agit de :
L’allongement total et la striction.
L’allongement total est la quantité de déformation uniaxiale à la rupture. Il comprend à la fois la déformation élastique et plastique et est couramment rapporté comme pourcentage d’allongement à la rupture.
La limite de la ductilité est fonction du taux d’écrouissage ; en effet quand la contrainte maximale est atteinte l’écrouissage diminue dés lors plusieurs phénomènes sont activés. On assiste alors à une dualité ductilité-écrouissage qui est fonction de la géométrie du matériau, et qui cesse à l’apparition de la striction. [9] D après [14], elle est limitée par deux facteurs pouvant combiner leurs effets : l’instabilité et l’endommagement. Le premier d’entre eux, qui peut revêtir des formes très diverses suivant la géométrie de l’échantillon et la sollicitation imposée (par exemple, striction diffuse ou localisée, bandes de cisaillement), joue un rôle prédominant dans le cas des produits plats (emboutissage des tôles). En revanche, l’endommagement est le principal facteur limitant la ductilité dans les produits massifs.
Etude quantitative de la ductilité
La ductilité des matériaux
Un matériau est une matière d’origine naturelle ou artificielle que l’Homme façonne pour en faire des objets. On distingue quatre grandes familles de matériaux .
* Les matériaux métalliques : Ce sont des métaux ou des alliages de métaux. (Fer, acier, aluminium, cuivre, bronze, fonte, etc.)
* Les matériaux organiques : Ce sont des matériaux d’origine animale, végétale ou synthétiques. (Bois, coton, laine, papier, carton, matière plastique, le caoutchouc, le cuir, etc.)
*Les matériaux minéraux : Ce sont des roches, des céramiques ou des verres. (Céramique, porcelaine, pierre, plâtre, verre, etc.)
*Les matériaux composites : Ce sont des assemblages d’au moins deux matériaux non miscibles (fibres de verre, fibres de carbone, contreplaqué, béton armé, kevlar, etc.) Les membres de la même famille ont des traits communs : propriétés, méthodes de mise en œuvre et souvent applications. [15] Les matériaux peuvent réagir aux forces extérieures de différentes façons selon [16]. Ces forces provoquent des déformations qui sont quantifiés par le taux de déformation mesurés à l’aide d’extensomètre ou jauges extensométriques de déformation qui nous donnent
ε = ΔL/L0 dans .
De cette déformation, on observe des comportements différents. Un matériau est considéré ductile quand son allongement (A) et sa striction (Z) à la rupture sont importants et l’énergie dépensée pour le casser est importante.
Quand : A% > 5 % les matériaux sont considérés comme ductiles.
Quand : Z% > 5 % les matériaux sont considérés comme ductiles.
Généralement les matériaux métalliques ont au moins 5% de ductilité ; les matériaux superplastiques (pas seulement les métaux) peuvent présenter une ductilité énorme > 500%.
|
Table des matières
I)INTRODUCTION
II) GENERALITES
III) METHODOLOGIE
IV) RESULTATS
V) COMMENTAIRES ET DISCUSSION
VI) CONCLUSION
VII) REFERENCES
ANNEXES
RESUME
