Dominique FRANÇOIS

Cet article traite des ruptures brutales qui interviennent au cours du chargement ou en fin de durée de vie lorsque les fissures à croissance lente atteignent une valeur critique. Après une description succincte des mécanismes de rupture brutale, la transition de ductilité des aciers ferritiques est présentée, avec un accent sur les facteurs influençant cette rupture et notamment la notion de température de transition fragile-ductile. Les essais de rupture par choc sont ensuite présentés, depuis les essais Charpy jusqu’aux essais utilisant des éprouvettes de plus grande taille.

Comment élaborer un nanomatériau, quelles seront ses propriétés mécaniques ? Cet article répond à ces questions en se concentrant sur les structures nanométriques telles que des amas nanométriques, des nanotubes, de fils, des couches ou des solides nanostructurés.

Les essais par choc ne permettent pas de prévoir la rupture de pièces fissurées. Or, il s'agit là d'une préoccupation majeure dans l’industrie. Pour répondre, a cela, de nouveaux essais et notamment des essais de ténacité ont été mis au point. En effet, la mécanique de la rupture établit une relation quantitative entre la charge à laquelle est soumise une pièce, les dimensions d'une fissure et la propriété du matériau appelée ténacité. Les essais de détermination de la ténacité comprennent ceux fondés sur la mécanique de la rupture en élasticité linéaire, ceux fondés sur la mécanique de la rupture en élasto-plasticité et ceux fondés sur l'approche locale.

Pour obtenir de bons résultats dans les procédés de mise en forme des métaux, il est primordial d’utiliser des outils puissants et de limiter les déformations afin d’éviter la formation de défauts dans les pièces obtenues. Le recours à des essais permet de reproduire plus ou moins fidèlement le procédé étudié. Cet article présente les essais de torsion, recommandés pour déterminer les lois de comportement à chaud du matériau, ainsi que les essais d’emboutissage avec description des essais d’expansion et de rétreint, puis de l’essai de pliage. Ces approches sont avantageusement complétées par l’utilisation des calculs numériques, dont la mise en œuvre est de plus en plus pratique et économique.

Simples et rapides, les essais de dureté sont très fréquemment utilisés pour suivre l’évolution des propriétés d’une pièce métallique, ou contrôler sa conformité. Ils consistent à mesurer la résistance à la pénétration locale du matériau. La notion de dureté reste cependant complexe à appréhender, puisqu’elle est dépendante  non seulement des caractéristiques du matériau, mais également de la méthode d’évaluation de la dureté retenue (nature et forme du pénétrateur, mode de pénétration).   

Avant de s’attarder sur la détermination des propriétés des matériaux élastoplastiques et viscoplastiques, cet article détaille le comportement de ces matériaux. Un matériau élastoplastique présente une déformation élastique réversible et une déformation plastique qui ne l’est pas. Un matériau viscoplastique se déforme lui de manière irréversible, mais en fonction du temps. Les essais associés à ces matériaux sont ensuite détaillés, sous leur aspect mise en œuvre (dispositifs utilisés), mais également physique (définition des grandeurs mesurés), sans oublier l’aspect normatif.

Les essais mécaniques ont pour but de fournir les données nécessaires pour  appréhender le comportement mécanique des matériaux, notamment dans le cas des procédés de mise en forme (laminage, filage, extrusion…), mais aussi de formage et d’assemblage. La connaissance des propriétés mécaniques conduit également au bon dimensionnement des structures, à la détermination des limites de rupture. Le calcul numérique est devenu d’un apport considérable dans l’interprétation et la compréhension des résultats des essais mécaniques.

Cet article décrit les lois du comportement élastique et du comportement viscoélastique des métaux, leurs spécificités et caractérisations, ainsi que la détermination de leurs coefficients par différents essais mécaniques. Un comportement élastique est parfaitement réversible et ne possède aucune composante résiduelle après décharge. Il en est de même pour un matériau viscoélastique à la différence près que sous charge constante la déformation évolue avec le temps.