TP MATERIAUX
PLASTICITE – DURCISSEMENT
         PAR ECROUISSAGE

    GROUPE D – suivi par Sylviane Bourgeois



     S. Mo...
Objectif du TP
Notions abordées:
    Contrainte
    Déformation       (élastique     et
    plastique)
    Ecrouissage, di...
Objectif du TP
    Deux typologies d’essais:
      Caractérisation mécanique de l’aluminium pur à 99%, A5, et de l’alliage...
Essai de traction comparatif A5 – AG3
    LE MATERIEL UTILISE

      Machine de traction Instron 4505
      Capteur de cha...
Essai de traction comparatif A5 – AG3
    RESULTATS                                 A5                   AG3
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Essai de traction comparatif A5 – AG3
    OBSERVATIONS:
     Le module d’élasticité de la traverse est plus faible que cel...
Essais d’écrouissage de l’AG3 aux taux de
déformation de 2%, 3%, 4%, 5% et 6%




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Essais d’écrouissage de l’AG3 aux taux de
déformation de 2%, 3%, 4%, 5% et 6%
    OBSERVATIONS:
     Nécessité d’augmenter...
Recristallisation des éprouvettes
    Recristallisation des éprouvettes d’AG3, précédemment
    écrouies à 2%, 3%, 4%, 5% ...
Révélation des grains et loi de Hall Petch
 Révélation des grains: polissage et immersion des éprouvettes dans un bain d’a...
Révélation des grains et loi de Hall Petch




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Observations
 Nos résultats expérimentaux sont cohérents avec les
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Essai de rupture sur les éprouvettes écrouies
à 2%, 3%, 4%, 5% et 6% et recristallisées.
 On effectue des essais de tracti...
Observations / Résistance maximale à la traction




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Observations / Elasticité
 L’élasticité d’un matériau est caractérisée par sa limite d’élasticité ainsi que par
 son modul...
Conclusions

 3 méthodes pour augmenter la limite d’élasticité:
       Utilisation d’éléments d’alliage (ex: magnésium)
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Rapport de TP de matériaux Ecole Centrale Paris - MSTM 2008

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Plasticité - TP Materiaux ECP

  1. 1. TP MATERIAUX PLASTICITE – DURCISSEMENT PAR ECROUISSAGE GROUPE D – suivi par Sylviane Bourgeois S. Morabito, C. Léang, H. Bernard 13/02/08
  2. 2. Objectif du TP Notions abordées: Contrainte Déformation (élastique et plastique) Ecrouissage, dislocation, joints de grain Limite d’élasticité (apparente, conventionnelle) Module d’Young Tracer les courbes de traction et les étudier Caractériser et comparer le comportement des matériaux (A5 et AG3, écroui et non écroui) 2 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  3. 3. Objectif du TP Deux typologies d’essais: Caractérisation mécanique de l’aluminium pur à 99%, A5, et de l’alliage d’aluminium AG3 (avec 2.5-3% de magnésium), par essais de traction jusqu’à rupture. Ces essais nous ont permis de vérifier de manière comparative l’influence de l’adjonction du magnésium sur le comportement mécanique du matériau ainsi que de mesurer l’impact du matériau sur la valeur de variables telles que la limite d’élasticité (nominale et conventionnelle), la résistance à la traction, l’allongement à rupture et le modulé d’Young Ecrouissage de 5 éprouvettes d’AG3 au taux de 2%, 3%, 4%, 5% et 6%, recristallisation et essais de rupture pour vérifier le durcissement par affinement des grains Ces essais nous ont permis de vérifier expérimentalement la loi de Hall- Petch, qui stipule que la limite conventionnelle d’élasticité à 0.2% (Re0.2)est inversement proportionnelle à la taille moyenne des grains (d-1/2), selon un coefficient (k) qui dépend du matériau: Re0.2 = σ0+kd-1/2 3 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  4. 4. Essai de traction comparatif A5 – AG3 LE MATERIEL UTILISE Machine de traction Instron 4505 Capteur de charge (dynamomètre) Extensomètre (25 mm +/- 5 mm) Ordinateur (courbe brute de traction) Eprouvettes plates d’A5 et AG3, selon forme, dimensions et composition spécifiées ci-dessous 85 mm = = 1.97 mm 9.75 mm 4 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  5. 5. Essai de traction comparatif A5 – AG3 RESULTATS A5 AG3 R0.2 19 MPa 92 MPa Rm 79 MPa 236 MPa RR 1.2 MPa 191 MPa AR 32% 23% E extenso 62692 MPa 68067 MPa E traverse 30666 MPa 31694 MPa 5 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  6. 6. Essai de traction comparatif A5 – AG3 OBSERVATIONS: Le module d’élasticité de la traverse est plus faible que celui de l’extensomètre. Le domaine élastique très limité pour l’A5 module d’Young difficilement calculable, contrairement à l’AG3 où le domaine élastique et le module d’Young sont facilement identifiables. La limite d’élasticité est beaucoup plus élevée pour l’AG3 que pour l’A5, ainsi que sa résistance maximale à la traction. En revanche la rupture de l’AG3 se produit à une moindre déformation que celle de l’A5, ce qui traduit son inférieure ductilité, confirmée par une rupture en cisaillement à 45° et une striction à rupture moins importante que pour l’A5. Présence d’effets Portevin Le Chatelier visibles sur la courbe de traction de l’AG3. Les deux éprouvettes présentent une différence évidente de granulométrie, l’A5 étant d’aspect beaucoup plus rugueux, signe d’un allongement plus important des grains et d’une déformation plus importante à rupture. 6 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  7. 7. Essais d’écrouissage de l’AG3 aux taux de déformation de 2%, 3%, 4%, 5% et 6% 7 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  8. 8. Essais d’écrouissage de l’AG3 aux taux de déformation de 2%, 3%, 4%, 5% et 6% OBSERVATIONS: Nécessité d’augmenter la contrainte afin de pouvoir continuer à allonger le matériau augmentation de la limite d’élasticité et durcissement L’éprouvette écrouie à 2% présente une anomalie de comportement Résultats légèrement différents pour le module d’Young explicables par des erreurs de mesure ou une différente origine des éprouvettes Aspect en palier des courbes de traction augmentation des obstacles à la dislocation. Les paliers représentent les zones de franchissement de ces obstacles. 8 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  9. 9. Recristallisation des éprouvettes Recristallisation des éprouvettes d’AG3, précédemment écrouies à 2%, 3%, 4%, 5% et 6%, par passage au four à 540°C pendant 30 minutes La recristallisation, activée par la température, procède par germination et croissance, comme spécifié ci-dessous: Structure Structure anisotrope isotrope et équiaxe En dessous d’un taux critique d’écrouissage, la germination ne se produit pas. C’est ce qui est arrivé avec l’éprouvette écrouie à 2%. 9 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  10. 10. Révélation des grains et loi de Hall Petch Révélation des grains: polissage et immersion des éprouvettes dans un bain d’acide composé de: 156ml H2O, 26 ml HCl, 18 ml HF Comptage des grains présents par unité de longueur et détermination du diamètre moyen Application de la loi de Hall Petch afin de vérifier la cohérence des données expérimentales avec la loi théorique. Re0.2 = σ0+kd-1/2 10 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  11. 11. Révélation des grains et loi de Hall Petch 11 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  12. 12. Observations Nos résultats expérimentaux sont cohérents avec les résultats théoriques et avec l’étalonnage qui présente une courbe Re0.2 = f(ΔL) en dessous des 80 MPa Plus le taux d’écrouissage augmente et plus la taille des grains diminue ceci est du à l’augmentation des sites propices à la germination par augmentation de l’énergie fournie par écrouissage. La limite conventionnelle d’élasticité augmente de manière directement proportionnelle au taux d’écrouissage plus le taux d’écrouissage est important et plus la limite d’élasticité est élevée. Nous obtenons ainsi un durcissement du matériau. 12 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  13. 13. Essai de rupture sur les éprouvettes écrouies à 2%, 3%, 4%, 5% et 6% et recristallisées. On effectue des essais de traction jusqu’à rupture des échantillons écrouis respectivement à 2, 3, 4, 5, et 6% après recristallisation. Nous souhaitons observer les propriétés élastiques et plastiques de nos échantillons. Essais de traction jusquà rupture 250 200 2% 150 3% 4% 5% 100 6% 50 0 0,00 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 Déformation Sur ce graphique, nous pouvons constater que les propriétés mécaniques de nos échantillons varient en fonction du degré d’écrouissage. Les résultats obtenus pour les échantillons de 2% et 4% d’écrouissage sont apparemment faussés. 13 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  14. 14. Observations / Résistance maximale à la traction En supprimant la valeur de Évolution de Rm en fonction du degré d'écrouissage l’éprouvette écrouie à 4%, il est possible d’obtenir une 205 droite de tendance cohérente par rapport aux 200 données expérimentales. 195 La contrainte à Rm est Contrainte (MPa) directement 190 RM proportionnelle au degré d’écrouissage 185 L’écrouissage d’un matériau permet donc de faire varier 180 ses propriétés mécaniques, notamment d’augmenter sa 175 2% 3% 4% 5% 6% résistance maximale à Degré d'écrouissage (en %) traction. 14 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  15. 15. Observations / Elasticité L’élasticité d’un matériau est caractérisée par sa limite d’élasticité ainsi que par son module d’Young Tracer les valeurs de la limite conventionnelle d’élasticité en fonction du degré d’écrouissage nous permet de mettre en évidence l’influence de l’écrouissage sur la limite d’élasticité du matériau. La limite d’élasticité varie de manière Module d'élasticité en fonction du degré d'écrouissage directement proportionnelle au taux 120 Limite conventionnelle d’élasticité Re0,2 en fonction du taux d’écrouissage d’écrouissage. Ses valeurs sont comprises 100 entre 60 et 80 MPa. 80 Après recristallisation, plus le nombre de 60 Module d'élasticité grains est important, plus la surface des 40 joints de grain par unité de volume du 20 matériaux est élevé, plus il y a d’obstacles 0 au déplacement des dislocations. 1 2 3 Degré s'écrouissage (en %) 4 5 Il est donc possible de travailler sur le degré d’élasticité d’un matériaux en jouant sur la taille des grains. 15 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard
  16. 16. Conclusions 3 méthodes pour augmenter la limite d’élasticité: Utilisation d’éléments d’alliage (ex: magnésium) Ecrouissage (créations de dislocations) Recristallisation après écrouissage: diminution de la taille des grains Impact: Augmentation de la résistance à la traction des matériaux Durcissement des matériaux Diminution de la capacité des matériaux à se déformer (diminution de la ductilité) 16 S. Morabito, C. Léang, H. Bernard

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