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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 10052 de janvier 1994 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 4885 (A02-010) "Matériaux ferreux - Traitements thermiques - Vocabulaire " Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1804 (mai 2018).
Auteur(s)
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Annick POKORNY : Ingénieur en défectologie, Metz
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Jean POKORNY : Ingénieur de l’École Centrale des Arts et Manufactures - Docteur-ingénieur
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleINTRODUCTION
Un organe mécanique est un élément destiné au fonctionnement d’un ensemble machine ou d’une structure métallique, chaque élément ayant une fonction déterminée, en parallèle ou en série, avec d’autres organes. Sa conception entraîne sa fabrication : élaboration du matériau, transformation (mise en forme à chaud ou à froid), traitement en volume ou en surface…
La résistance — la « qualité » — de cette pièce mécanique, mesurée a posteriori par sa longévité, est évidemment fonction des propriétés du matériau et de la façon particulière de fonctionnement. De toute façon, elle périt un jour par usure, par corrosion ou par rupture. Même si elle ne se rompt pas, elle pourra être remplacée au moment économiquement propice, et conservée comme témoin de performance.
En ce qui concerne la rupture, tous les matériaux cristallisés, même non métalliques (céramiques, minéraux) présentent les mêmes caractères de cassure. Nous nous limiterons ici aux matériaux métalliques cristallisés, en particulier aux aciers.
Dans cet article, nous examinerons les contraintes subies par les organes mécaniques et la capacité du métal à leur résister le plus longtemps possible ; de fait une fissure apparaît lorsque les deux facteurs : forte contrainte et métal faible, sont concomitants au même endroit. Ainsi sont réunies les disciplines de mécanique et de physico-chimie.
Les particularités des reliefs des cassures, qui contiennent à la fois des indications sur l’état réel des contraintes de fonctionnement et sur la structure locale du métal seront examinées dans les articles « Fractographie. Morphologie des cassures » et « Fractographie. Macrographies et micrographies ».
En effet, une cassure est la mémoire de la fabrication et de l’utilisation de la pièce mécanique. Il faut avant tout savoir que cette mémoire existe : elle est directement visible ; il faut la déchiffrer : elle est lisible. Enfin, il faut corriger la conception et la réalisation de la pièce ou de la machine : elle est constructive.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— M 4 120 - Fractographie. Bases physiques (le présent article) ;
— - Fractographie. Morphologie des cassures ;
— - Fractographie. Macrographies et micrographies ;
— - Fractographie.
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Résistance du métal
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2. Contraintes subies pendant la fabrication et l’utilisation
Les contraintes externes et internes varient beaucoup avec les conditions de chargement ; elles interviennent par leur intensité, multiplicité, périodicité et répartition dans l’espace et dans le temps. Les irrégularités de fonctionnement constituent un spectre spatial et temporel de contraintes.
Les gradients thermiques et les transformations de structure à cœur ou en surface 2.1.5, ainsi que la corrosion 3.2.2 créent aussi des contraintes mécaniques.
En l’absence d’efforts extérieurs, un organe de machine est mécaniquement neutre : ses contraintes internes s’équilibrent à la manière des objets en verre trempé.
2.1 Contraintes mécaniques
2.1.1 Efforts statiques de base
Pour les trois types d’efforts : traction, compression, torsion, la figure 1 schématise la direction des efforts normaux, des contraintes de cisaillement et les ruptures dans les matériaux polycristallins ductiles ou fragiles.
Le lecteur pourra se reporter à l’article L’état métallique. Déformation plastique.
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Ces deux types de rupture peuvent coexister dans la même pièce suivant sa forme et suivant les conditions de chargement. Pour les métaux ductiles, la cassure est habituellement formée d’une zone axiale (contrainte normale) à aspect fragile entourée d’une collerette dite à nerfs (contrainte de cisaillement) d’aspect...
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