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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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2. Mécanismes de la relaxation isotherme
Il ne sera donné qu’une description succincte des mécanismes de relaxation dans le cas d’un essai de relaxation avec la contrainte initiale de relaxation supérieure à la limite d’élasticité, σ 0 > σ E [2]. Lors du chargement, il y a création et propagation de dislocations. Comment évoluent ces dislocations lors de la relaxation ?
La déformation plastique ε p est reliée à la densité de dislocations mobiles ρ m par la relation de Bailey-Orowan :
où α est un facteur géométrique, b le module du vecteur de Burgers et L le libre parcours moyen des dislocations.
En dérivant cette équation, on a alors :
où
est la vitesse moyenne des dislocations.
Le terme
de la relation précédente permet de déterminer la vitesse des dislocations pour une densité de dislocations mobiles donnée. Le terme
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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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