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Auteur(s)
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François SAINT-ANTONIN : Docteur de l’École nationale supérieure des mines de Paris, ENSMP - Ingénieur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique. Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
La relaxation est caractérisée par la décroissance de la contrainte en fonction du temps quand une déformation constante est appliquée à un matériau après chargement.
Les caractéristiques de relaxation d’un matériau peuvent être utilisées directement pour connaître, après serrage d’un boulon, la contrainte rémanente de fixation après un temps donné à une température de service. Pour maintenir et garantir un niveau de résistance minimale de pièces assemblées par boulonnage fonctionnant à chaud, il est nécessaire d’effectuer périodiquement un resserrage car la contrainte initiale de serrage relaxe avec le temps. Les essais de relaxation permettent de connaître le temps conduisant à un niveau de contrainte à partir duquel un resserrage est à réaliser ou encore de connaître la périodicité du resserrage.
D’une façon plus générale, les propriétés de relaxation d’un matériau permettent de connaître sa capacité à accommoder les concentrations de contraintes. Ces concentrations de contraintes peuvent se rencontrer, par exemple, au niveau de certaines géométries de pièces de structure (évidement, trous, etc.), des pointes de fissures, des inclusions et des précipités.
Dans les métaux tels que les aciers ou les superalliages base nickel, le phénomène de relaxation, comme pour le fluage, est important à des températures supérieures à 0,2 Tf (où Tf est la température de fusion de l’alliage considéré).
Comme cela est décrit dans la suite, l’essai de relaxation est très différent de l’essai de fluage. Il faut remarquer qu’il n’existe que très peu d’études sur l’essai de relaxation, c’est pourquoi il est important de bien décrire ce type d’essai dans un premier temps.
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1. Généralités sur la relaxation isotherme
Les précautions à mettre en œuvre pour la réalisation d’un essai de relaxation peuvent être appréhendées à partir de la description d’un essai de relaxation idéal : cet essai ne prend pas en compte l’effet de la machine sur les résultats de l’essai de relaxation. L’influence de la machine sera évoquée par la suite.
1.1 Essai de relaxation idéal
L’essai peut se décomposer en deux étapes (figure 1).
HAUT DE PAGE
Il est comparable à un essai de traction. La déformation totale ε t est la somme de la déformation élastique ε e et de la déformation plastique εp : εt = εe + εp. La déformation élastique est reliée à la contrainte σ par la loi de Hooke :
avec E (MPa) module d’Young du matériau.
Quand l’éprouvette a atteint le taux de déformation choisi, le chargement en traction est arrêté et la relaxation proprement dite commence.
HAUT DE PAGE
Pendant la relaxation, la déformation est imposée et de ce fait, au cours du temps, la contrainte décroît (sauf modification structurale particulière) totale atteinte en fin de chargement est maintenue constante. Pour cela, la contrainte doit décroître au cours du temps. En effet, en fin de chargement, si la contrainte atteinte restait constante, la déformation augmenterait [14]. En cours de relaxation, la déformation totale est constante, on a donc :
Dans le cas...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HOLBROOK (J.H.), RHODE (R.W.), SWEARENGEN (J.C.) - * - Acta Metallurgica, vol. 29, p. 1099, 1981.
-
(2) - SAINT-ANTONIN (F.) - * - Thèse de l’École des mines de Paris, 8 février 1991.
-
(3) - Stress relaxation testing. - ASTM STP 676, Ed. Alfred Fox, American Society for Testing and Materials, 1979.
-
(4) - HOLBROOK (J.H.), SWEARENGEN (J.C.), RHODE (R.W.) - Mechanical Testing for Deformation Model Development, - Ed. R.W. Rhode and J.C. Swearengen, ASTM STP 765, 1982, p. 80-101.
-
(5) - TSAI (C.Y.), QUESNEL (D.J.) - * - Scripta Metallurgica, 18, 1984, p. 1155.
-
(6) - BAUR (G.), LEHR (P.) - Mémoires scientifiques. - Revue de Métallurgie, juillet-août 1975, p. 551.
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NORMES
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Test Methods for Stress Relaxation for materials and Structures - ASTM E328 - 2002
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