Limite d'élasticité et résistance à la traction des matériaux : La différence expliquée

1. Critères de rendement

Les trois critères de rendement couramment utilisés en ingénierie sont les suivants

(1) Limite proportionnelle - La contrainte la plus élevée qui maintient une relation linéaire sur la courbe contrainte-déformation, représentée internationalement par σp. On considère que le matériau commence à céder lorsque la contrainte dépasse σp.

(2) Limite élastique - Après chargement et déchargement d'un échantillon d'essai, la norme ne prévoit aucune déformation résiduelle permanente. La contrainte la plus élevée à laquelle le matériau peut entièrement récupérer élastiquement est communément représentée par σel au niveau international. On considère que le matériau commence à céder lorsque la contrainte dépasse σel.

(3) Limite d'élasticité - La norme est une déformation résiduelle spécifique, telle que la contrainte de déformation résiduelle de 0,2% prise comme limite d'élasticité, symbolisée par σ0,2 ou σys.

2. Facteurs affectant la limite d'élasticité

Les facteurs intrinsèques affectant la limite d'élasticité sont les suivants :

Liaison, microstructure, structure, propriétés atomiques. La comparaison de la limite d'élasticité des métaux avec celle des céramiques et des polymères démontre l'impact fondamental de la liaison.

Du point de vue des influences microstructurales, quatre mécanismes de renforcement peuvent affecter la limite d'élasticité des matériaux métalliques :

(1) Renforcement de la solution solide ;

(2) Durcissement sous contrainte ;

(3) Renforcement des précipitations et de la dispersion ;

(4) Renforcement des joints de grains et des sous-grains.

Le renforcement par précipitation et l'affinage des grains sont les méthodes les plus courantes pour améliorer la limite d'élasticité des alliages industriels. Parmi ces mécanismes de renforcement, les trois premiers diminuent la plasticité tout en améliorant la résistance du matériau. Seul l'affinage des grains et des sous-grains peut augmenter à la fois la résistance et la plasticité.

Les facteurs extrinsèques affectant la limite d'élasticité sont les suivants :

Température, vitesse de déformation, état de contrainte. Lorsque la température diminue et que la vitesse de déformation augmente, la limite d'élasticité du matériau augmente. Les métaux cubiques centrés sont particulièrement sensibles à la température et à la vitesse de déformation, ce qui explique le phénomène de fragilité de l'acier à basse température.

L'effet de l'état de contrainte est également important. Bien que la limite d'élasticité reflète une propriété fondamentale du matériau, différents états de contrainte entraîneront des limites d'élasticité différentes. En général, lorsque nous parlons de la limite d'élasticité d'un matériau, nous faisons référence à sa limite d'élasticité sous tension unidirectionnelle.

3. Signification technique de la limite d'élasticité

Les méthodes traditionnelles de conception de la résistance utilisent la limite d'élasticité comme norme pour les matériaux plastiques, définissant la contrainte admissible [σ]=σys/n, où le facteur de sécurité n est généralement égal ou supérieur à 2. Pour les matériaux fragiles, la résistance à la traction est utilisée comme norme, définissant la contrainte admissible [σ]=σb/n, où le facteur de sécurité n est généralement de 6.

Il est important de noter que l'application des méthodes traditionnelles de conception de la résistance conduira inévitablement à accorder une importance excessive aux matériaux à haute limite d'élasticité. Or, plus la limite d'élasticité d'un matériau augmente, plus sa résistance à la rupture diminue, ce qui accroît le risque de rupture fragile.

La limite d'élasticité n'a pas seulement une importance directe pour l'application, mais elle mesure aussi grossièrement certains comportements mécaniques et les performances des matériaux dans l'ingénierie.

Par exemple, une augmentation de la limite d'élasticité d'un matériau le rend plus sensible à la corrosion sous contrainte et à l'usure. fragilisation par l'hydrogène. Si la limite d'élasticité d'un matériau est faible, il a une meilleure résistance à l'usure. formage à froid et les propriétés de soudage. Par conséquent, la limite d'élasticité est un indicateur clé indispensable de la qualité de la soudure. propriétés des matériaux.

Lorsqu'un matériau commence à se déformer, la poursuite de la déformation entraîne un écrouissage.

4. Signification pratique de l'indice d'écrouissage n

L'indice d'écrouissage n reflète l'écrouissage d'un matériau après qu'il a commencé à se déformer et qu'il continue à se déformer, déterminant la contrainte maximale lorsque le colmatage commence à se produire. n détermine également la déformation uniforme maximale qu'un matériau peut produire, une valeur cruciale pour les applications à froid. procédés de formage.

Pour les pièces de travail, il est également nécessaire que les matériaux aient certaines capacités d'écrouissage.

Sinon, en cas de surcharges occasionnelles, une déformation plastique excessive se produira, pouvant entraîner une déformation locale irrégulière ou une fracture.

Par conséquent, la capacité d'écrouissage d'un matériau est une garantie fiable pour l'utilisation sûre des pièces.

L'écrouissage est un moyen essentiel d'améliorer la résistance des matériaux. L'acier inoxydable a un indice d'écrouissage élevé n=0,5, ce qui se traduit par une déformation uniforme importante.

Bien que la limite d'élasticité de l'acier inoxydable ne soit pas élevée, elle peut être considérablement améliorée par la déformation à froid. Acier à haute teneur en carbone Après traitement isotherme en bain de plomb et tréfilage, le fil peut atteindre plus de 2000MPa.

Cependant, les méthodes traditionnelles de renforcement de la déformation ne peuvent qu'augmenter la résistance tout en réduisant de manière significative la plasticité. Dans certains cas, les nouveaux matériaux Il est à noter que les modifications de la microstructure et de sa distribution peuvent améliorer à la fois la résistance et la plasticité pendant la déformation.

5. Résistance à la traction

La résistance à la traction représente la résistance à la rupture lorsque les matériaux ne présentent pas de collet. Lorsque des matériaux fragiles sont utilisés dans la conception d'un produit, leur contrainte admissible est basée sur la résistance à la traction. Que signifie la résistance à la traction pour les matériaux plastiques en général ?

Bien que la résistance à la traction ne représente que la résistance maximale à la déformation plastique uniforme, elle indique la capacité de charge limite du matériau sous tension statique. La charge externe correspondant à la résistance à la traction σb est la charge maximale que l'échantillon peut supporter.

Bien que le collet se développe continuellement et que la contrainte réelle augmente, la charge externe diminue rapidement.

Le travail consommé par unité de volume de matériau entre la déformation et la rupture sous tension statique est appelé ténacité statique. En toute rigueur, il devrait s'agir de l'aire sous la courbe réelle de contrainte-déformation.

Pour des raisons de simplicité, on l'approxime comme suit : Pour les matériaux plastiques, la ténacité statique est un indicateur global de la résistance et de la plasticité.

Les matériaux purs à haute résistance tels que l'acier à ressort n'ont pas une ténacité statique élevée, et l'acier à faible teneur en carbone présentant une bonne plasticité n'a pas non plus une ténacité statique élevée.

Seul l'acier de construction à moyenne teneur en carbone (allié) trempé et revenu à haute température possède la ténacité statique la plus élevée.

La dureté n'est pas une propriété fondamentale indépendante des métaux. Elle désigne la capacité d'un métal à résister à la déformation ou à la fracture de sa surface dans un petit volume.