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Auteur(s)
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Dominique FRANÇOIS : Directeur adjoint du Laboratoire de mécanique, sols, structures, matériaux. - École centrale de Paris. Centre national de la recherche scientifique CNRS-URA 850 .
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les phénomènes de rupture sont extrêmement coûteux : lorsqu’ils surviennent, si par bonheur ils n’entraînent pas de pertes de vie humaine, en plus du remplacement des équipements détériorés, il convient de compter les heures et les productions perdues, l’image de marque abîmée, les marchés disparus...
Aussi de nombreux essais ont-ils été imaginés pour évaluer la résistance à la rupture des matériaux et certains d’entre eux sont depuis longtemps couramment pratiqués dans l’industrie. Pour en bien apprécier la portée et les limites, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de rupture qui interviennent. On mesure alors l’intérêt des essais de choc sur éprouvettes entaillées mis au point notamment par Charpy il y a une centaine d’années. Ils permettent, notamment, de déterminer le risque de rupture fragile des aciers, aux températures inférieures à la température de transition fragile-ductile. Simples à mettre en œuvre et peu coûteux, ils sont extrêmement répandus et conservent une très grande utilité. Néanmoins, ils ne fournissent pas d’indication sur les charges que peuvent supporter les pièces contenant des défauts. C’est la mécanique de la rupture et les essais qui en dérivent qui permettent de le faire. Ils ont connu un grand développement depuis une quarantaine d’années, tout particulièrement dans les industries nucléaires, aéronautiques, spatiales et pétrochimiques. Même s’ils sont plus coûteux et nécessitent l’intervention de spécialistes, ils se répandent. D’ailleurs, on assiste à une rapide évolution de la normalisation dans ce domaine.
Dans cet article, nous n’envisageons que les ruptures brutales, celles qui surviennent au cours du chargement ou en fin de durée de vie lorsque les fissures à croissance lente atteignent une valeur critique. Nous excluons donc les essais destinés à apprécier les risques de rupture différée, par fatigue, par corrosion sous contrainte, par fluage. Ils sont abordés dans d’autres articles spécialisés du traité.
Après une description succincte des mécanismes de rupture brutale, nous expliquons les essais de rupture destinés à apprécier la température de transition fragile-ductile, et dans une seconde partie nous exposerons les principes de la mécanique de la rupture et montrerons comment effectuer les essais qui en découlent.
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1984 par Dominique FRANÇOIS
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2. Détermination de la température de transition de ductilité
2.1 Essais sur éprouvettes lisses
Nous considérons le cas des métaux qui peuvent se rompre par clivage : les cubiques centrés et les hexagonaux, à l’exclusion des cubiques à faces centrées. L’exemple le plus souvent considéré est celui des aciers ferritiques.
La limite d’élasticité Rp décroît quand la température T augmente (figure 1). À une température critique Tc , R p rencontre la courbe représentative de la contrainte de clivage σ f . Un peu au‐dessus de cette température, au cours de l’essai de traction, l’éprouvette commence par se déformer plastiquement, s’écrouit et se rompt par clivage quand la contrainte appliquée atteint σ f . On voit que l’allongement de rupture, fonction de l’écart entre la limite d’élasticité et la contrainte de clivage, augmente avec la température. Au-dessous de la température Tc , le comportement est différent. Il faut, comme on l’a vu au paragraphe 1.1, commencer par déformer plastiquement pour pouvoir déclencher le clivage. La rupture ne survient donc pas avant la limite d’élasticité. Mais dès qu’elle est atteinte, comme le niveau de contraintes est supérieur à σ f , la rupture par clivage intervient. L’allongement de rupture est nul. À plus hautes températures, l’allongement de rupture augmentant, on atteint la déformation de rupture ductile εf avant σ f . Le faciès de rupture transite donc du clivage aux cupules. Au-delà de cette température de transition de faciès Tf , supérieure à Tc , l’allongement de rupture reste à peu près constant. On voit donc qu’il existe une transition de ductilité, caractérisée par la température de ductilité nulle Tc et par la température de transition de faciès Tf...
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