Les propriétés mécaniques des matériaux métalliques font référence aux diverses propriétés présentées sous l'action de forces externes, qui déterminent l'adéquation et la durabilité des matériaux dans différents environnements. Voici les principaux indicateurs des propriétés mécaniques des matériaux métalliques :
1. Résistance et limite d'élasticité
La résistance est la capacité d’un matériau métallique à résister à l’action d’une force externe (charge) et à éviter une déformation plastique ou une fracture excessive. C’est l’indicateur le plus fondamental et l’un des plus importants des propriétés mécaniques des matériaux métalliques. La résistance peut être divisée en différents types, notamment la résistance à la traction, la résistance à la compression, la résistance à la flexion et la résistance au cisaillement, parmi lesquelles la résistance à la traction est la plus couramment utilisée.
- Résistance à la traction (σb ou Rm) : désigne la valeur maximale de contrainte qu'un matériau peut supporter lors d'une traction, c'est-à-dire la contrainte maximale pouvant être atteinte avant son arrachage. Il reflète la capacité du matériau à résister à la rupture, symbolisée par Rm ou σb, et l'unité est MPa (mégapascals). La résistance à la traction est un paramètre important pour évaluer la ténacité et la capacité de déformation plastique d’un matériau.
- Limite d'élasticité (σs ou ReL, Rp0.2) : fait référence au matériau en cours de traction, lorsque la contrainte atteint une certaine valeur critique, même si la contrainte n'est plus augmentée, le matériau continuera à subir une déformation plastique importante de la valeur de contrainte. Pour les matériaux présentant un phénomène de déformation évident, la limite d'élasticité est la limite d'élasticité de la contrainte ; pour les matériaux sans phénomène de déformation évident, il est généralement stipulé de produire une déformation résiduelle de 0,2 % de la valeur de contrainte comme limite d'élasticité, connue sous le nom de condition de limite d'élasticité. La limite d'élasticité est le début de la déformation plastique du matériau est un symbole important, mais aussi la conception structurelle des indicateurs de résistance couramment utilisés.
2. plasticité et allongement
La plasticité fait référence à la capacité d'un matériau métallique à produire une déformation plastique significative sans fracture lorsqu'il est soumis à des forces externes. Un matériau doté d’une bonne plasticité peut absorber une grande quantité d’énergie par déformation plastique, améliorant ainsi sa capacité à résister aux chocs et à la fatigue.
- Allongement (δ) : pourcentage de l'allongement total d'un matériau après rupture par traction par rapport à la longueur marquée d'origine. C'est un indicateur important de la plasticité d'un matériau.En ingénierie, généralement δ supérieur ou égal à 5 % du matériau est appelé matière plastique, comme l'acier doux, l'aluminium, le cuivre, etc. ; et δ inférieur ou égal à 5% du matériau sont appelés matériaux fragiles, tels que la fonte, le verre, la céramique, etc.
- Retrait de section (ψ) : fait référence au pourcentage de la surface réduite maximale de la section par rapport à la zone de fracture d'origine du matériau après rupture par traction. C'est également un indice important pour mesurer la plasticité du matériau. Avec l'allongement, il peut évaluer de manière globale la capacité de déformation plastique du matériau.
3. Dureté
La dureté est la capacité d'un matériau à résister à d'autres objets plus durs pressés contre sa surface. C'est un indicateur du degré de dureté et de douceur du matériau, et constitue également un paramètre important reflétant la résistance à l'usure et les performances de coupe du matériau.
- La dureté Brinell (HBS, HBW) et la dureté Rockwell (HRA, HRB, HRC) : sont deux méthodes d'essai de dureté couramment utilisées. La dureté Brinell s'applique aux matériaux plus mous, tandis que la dureté Rockwell s'applique aux matériaux plus durs. Le test de dureté peut être utilisé non seulement pour évaluer les propriétés mécaniques du matériau, mais également pour vérifier la qualité de la couche superficielle du matériau, comme la décarburation et la carburation.
4. Résistance aux chocs
La ténacité est la capacité d’un matériau à résister aux charges d’impact. C'est un indicateur important de la résistance à la rupture des matériaux sous chargement dynamique.
- Valeur de résistance aux chocs (Ak) : généralement en joules/centimètre carré (J/cm²) en tant qu'unité, indiquant la capacité du matériau à absorber de l'énergie sous l'action d'une charge d'impact. Un matériau avec une bonne résistance aux chocs a une résistance élevée à la rupture par impact et convient aux applications où des charges d'impact doivent être appliquées.
5. Module d'élasticité
Le module d'élasticité est le rapport contrainte/déformation lors de la phase de déformation élastique d'un matériau. C'est une mesure importante de la rigidité d'un matériau.
- Module d'élasticité (E) : généralement exprimé en Pascals (Pa) ou Gigapascals (GPa). Pour les matériaux métalliques courants, tels que l'acier, le module d'élasticité se situe généralement entre 200 et 210 GPa. Les matériaux à module d'élasticité élevé présentent également une rigidité élevée et une résistance élevée à la déformation élastique.
6. Résistance à la rupture
La ténacité est la capacité d’un matériau à résister à l’extension des fissures lorsqu’il contient des fissures. C'est un indicateur important de la résistance d'un matériau à la rupture fragile.
- Ténacité à la rupture (KIC) : indique le facteur d'intensité de contrainte du matériau dans des conditions de déformation plane, lorsque la fissure commence à se dilater. Les matériaux à haute ténacité ont également une forte résistance à la rupture fragile et conviennent aux applications nécessitant des contraintes élevées ou des environnements à basse température.
7. Résistance à la fatigue
La résistance à la fatigue est la capacité d’un matériau à résister aux dommages causés par la fatigue sous des charges alternées. Il s'agit d'un indicateur important de la durée de vie-à long terme d'un matériau.
- Limite de fatigue (σ-1) : indique la valeur de contrainte maximale d'un matériau sous des temps infinis de charge alternée sans dommage par fatigue. Les matériaux à haute résistance à la fatigue ont également une durée de vie à long terme et conviennent aux occasions où ils doivent résister à des charges alternées.
Les indicateurs de propriétés mécaniques des matériaux métalliques comprennent la résistance, la plasticité, la dureté, la ténacité aux chocs, le module d'élasticité, la ténacité à la rupture et la résistance à la fatigue. Ces indicateurs déterminent ensemble l'applicabilité et la durabilité des matériaux métalliques dans différents environnements. Dans les applications pratiques, il est nécessaire de sélectionner les matériaux métalliques appropriés en fonction des exigences spécifiques d'utilisation, afin d'obtenir la meilleure qualité de produit et l'effet d'utilisation optimal.
