G
g0b
Compagnon
J'ai l'impression qu'il y a pas mal de malentendus sur la question. Je vais essayer de faire un rapide tour des différentes caractéristiques des
matériaux afin de mieux décoder les fiches qui donnent leurs caractéristiques, et accessoirement éviter de dire des bêtises...
Intuitivement, du verre et de l'acier c'est "dur", mais on sent bien que c'est très différent comme matériaux...
Pareil pour le plastique et le bois : c'est "mou" mais ça se comporte très différemment face aux efforts...
Bref, on sent bien qu'il faut plus qu'une notion (la dureté) pour définir un matériau.
Petite définition préliminaire : quand on soumet un matériau ("classique": métal, plastique...) à un effort, au début on est dans le domaine élastique (si on relâche l'effort, le matériau reprend sa forme initiale, comme un... élastique), ensuite, on arrive à un point (la limite élastique (Re)), au delà, on rentre dans le domaine plastique ( si on relâche l'effort, le matériau va conserver une partie de la déformation, et ne revient pas à son état initial (c'est plié quoi...) et ultimement, si on continue à bourriner, ça va casser (on a atteint la résistance à la rupture (Rm))
Mettons la dureté de coté pour commencer, et concentrons nous sur deux autres notions : la résistance et la rigidité.
- La résistance, c'est la contrainte maximale en dessous de laquelle un matériau ne va pas se déformer de façon permanente (ou pire casser)
- La rigidité (c'est une notion qui n'existe que dans le domaine élastique ci dessus), c'est l'amplitude de la déformation (réversible donc) pour un effort donné.
CE N'EST PAS DU TOUT LA MEME CHOSE !
Un acier doux a moins de résistance qu'un acier trempé (il va casser au delà d'une certaine contrainte, alors que l'acier trempé soumis à la même contrainte, non), mais un acier doux et un acier trempé ont la MEME rigidité (à effort égal, ils se déformeront EXACTEMENT pareil)
Sauf cas particulier, les matériaux "standard" ont grosso modo une déformation proportionnelle à l'effort que l'on applique (dans le domaine élastique).
Le coefficient de proportionnalité entre l'effort et la déformation, c'est le Module de Young. Or le module de Young est à peu de choses près identique pour tous les aciers.
Idem pour les alliages d'aluminium : ils ont grosso modo tous le même module de Young (3x plus faible que celui de l'acier.)
Ce qui veut dire que :
- à effort égal une pièce en alu va se déformer 3x plus que la même pièce en acier.
- C'est idiot de prendre du 7075 pour faire un bâti de fraiseuse CN, le même bâti en AU4G beaucoup moins cher aura la même rigidité (si on veut pinailler, le 2017 a même un module de Young légèrement plus élevé que le 7075 : il est donc plus rigide tout en étant moins résistant !).
La dureté maintenant...
C'est l'effort au delà duquel la pénétration dans la surface va laisser une trace.
Alors en fait, c'est un peu la même chose que la résistance quand on y réfléchit. Localement, on exerce un effort , et si on dépasse la limite élastique, la déformation devient permanente, on a une trace. Donc en fait, c'est le même mécanisme. Donc un matériau "résistant" est forcément "dur". D'ailleurs, il existe des tables d'équivalence entre les duretés et les résistances pour les aciers, mais c'est à utiliser avec discernement, car il y a la...
...résilience
La résilience, c'est la résistance au choc. autrement dit, c'est l'inverse de ce qu'on entend plus couramment par la "fragilité". Ca correspond à l'énergie au dessus de laquelle une éprouvette normalisée va casser. En général, plus un matériau est résistant/dur, plus il sera fragile. C'est pour ça que l'équivalence dureté/résistance a ses limites : au delà d'une certaine résistance, c'est trop fragile pour supporter certains types d'efforts (et les traitements thermiques sur les aciers ne donnent pas un matériau homogène, donc on peut avoir une dureté importante en surface, mais une résistance beaucoup plus faible à coeur)
Quelques autres caractéristiques...
L'allongement à la rupture (noté A%) comme son nom l'indique, c'est le pourcentage dont s'est allongé une éprouvette lors de la rupture (on met bout à bout les deux morceaux, et on mesure l'allongement par rapport à la longueur d'origine). Ca donne une indication dur la ductilité du matériau. C'est relativement corrélé à la résilience.
En plus des notions de limite élastique (notée Re) et de limite de rupture (notée Rm), on voit parfois la notion de Rp0.2. En gros, ça correspond à la même notion que Re. C'est juste que pour certains matériaux, la transition entre le domaine élastique et le domaine plastique est un peu floue, donc on utilise le Rp0.2 qui est plus "objectif" à mesurer.
A noter que pour les calculs de résistance, on utilise le Re , pas le Rm !
Tout ceci représente un modèle des matériaux qui ne s'applique pas à tout le monde, d'une part, et qui est simplifié et ne prend pas en compte des notions comme le fluage (déformation permanente d'un matériaux soumis longtemps à un effort pourtant en dessous de sa limite élastique) par exemple.
Maintenant, on a tous les éléments en main pour décoder une fiche matériau :
Re faible, beaucoup plus petit que le Rm, A% important => matériau un peu "chewing-gum" peu fragile.
Re très important et très proche du Rm, A% faible => matériaux type "ressort".
Module Young petit => matériau souple
Module Young très petit => matériau genre "élastique"
Résilience faible => matériau genre "verre"
etc...
matériaux afin de mieux décoder les fiches qui donnent leurs caractéristiques, et accessoirement éviter de dire des bêtises...
Intuitivement, du verre et de l'acier c'est "dur", mais on sent bien que c'est très différent comme matériaux...
Pareil pour le plastique et le bois : c'est "mou" mais ça se comporte très différemment face aux efforts...
Bref, on sent bien qu'il faut plus qu'une notion (la dureté) pour définir un matériau.
Petite définition préliminaire : quand on soumet un matériau ("classique": métal, plastique...) à un effort, au début on est dans le domaine élastique (si on relâche l'effort, le matériau reprend sa forme initiale, comme un... élastique), ensuite, on arrive à un point (la limite élastique (Re)), au delà, on rentre dans le domaine plastique ( si on relâche l'effort, le matériau va conserver une partie de la déformation, et ne revient pas à son état initial (c'est plié quoi...) et ultimement, si on continue à bourriner, ça va casser (on a atteint la résistance à la rupture (Rm))
Mettons la dureté de coté pour commencer, et concentrons nous sur deux autres notions : la résistance et la rigidité.
- La résistance, c'est la contrainte maximale en dessous de laquelle un matériau ne va pas se déformer de façon permanente (ou pire casser)
- La rigidité (c'est une notion qui n'existe que dans le domaine élastique ci dessus), c'est l'amplitude de la déformation (réversible donc) pour un effort donné.
CE N'EST PAS DU TOUT LA MEME CHOSE !
Un acier doux a moins de résistance qu'un acier trempé (il va casser au delà d'une certaine contrainte, alors que l'acier trempé soumis à la même contrainte, non), mais un acier doux et un acier trempé ont la MEME rigidité (à effort égal, ils se déformeront EXACTEMENT pareil)
Sauf cas particulier, les matériaux "standard" ont grosso modo une déformation proportionnelle à l'effort que l'on applique (dans le domaine élastique).
Le coefficient de proportionnalité entre l'effort et la déformation, c'est le Module de Young. Or le module de Young est à peu de choses près identique pour tous les aciers.
Idem pour les alliages d'aluminium : ils ont grosso modo tous le même module de Young (3x plus faible que celui de l'acier.)
Ce qui veut dire que :
- à effort égal une pièce en alu va se déformer 3x plus que la même pièce en acier.
- C'est idiot de prendre du 7075 pour faire un bâti de fraiseuse CN, le même bâti en AU4G beaucoup moins cher aura la même rigidité (si on veut pinailler, le 2017 a même un module de Young légèrement plus élevé que le 7075 : il est donc plus rigide tout en étant moins résistant !).
La dureté maintenant...
C'est l'effort au delà duquel la pénétration dans la surface va laisser une trace.
Alors en fait, c'est un peu la même chose que la résistance quand on y réfléchit. Localement, on exerce un effort , et si on dépasse la limite élastique, la déformation devient permanente, on a une trace. Donc en fait, c'est le même mécanisme. Donc un matériau "résistant" est forcément "dur". D'ailleurs, il existe des tables d'équivalence entre les duretés et les résistances pour les aciers, mais c'est à utiliser avec discernement, car il y a la...
...résilience
La résilience, c'est la résistance au choc. autrement dit, c'est l'inverse de ce qu'on entend plus couramment par la "fragilité". Ca correspond à l'énergie au dessus de laquelle une éprouvette normalisée va casser. En général, plus un matériau est résistant/dur, plus il sera fragile. C'est pour ça que l'équivalence dureté/résistance a ses limites : au delà d'une certaine résistance, c'est trop fragile pour supporter certains types d'efforts (et les traitements thermiques sur les aciers ne donnent pas un matériau homogène, donc on peut avoir une dureté importante en surface, mais une résistance beaucoup plus faible à coeur)
Quelques autres caractéristiques...
L'allongement à la rupture (noté A%) comme son nom l'indique, c'est le pourcentage dont s'est allongé une éprouvette lors de la rupture (on met bout à bout les deux morceaux, et on mesure l'allongement par rapport à la longueur d'origine). Ca donne une indication dur la ductilité du matériau. C'est relativement corrélé à la résilience.
En plus des notions de limite élastique (notée Re) et de limite de rupture (notée Rm), on voit parfois la notion de Rp0.2. En gros, ça correspond à la même notion que Re. C'est juste que pour certains matériaux, la transition entre le domaine élastique et le domaine plastique est un peu floue, donc on utilise le Rp0.2 qui est plus "objectif" à mesurer.
A noter que pour les calculs de résistance, on utilise le Re , pas le Rm !
Tout ceci représente un modèle des matériaux qui ne s'applique pas à tout le monde, d'une part, et qui est simplifié et ne prend pas en compte des notions comme le fluage (déformation permanente d'un matériaux soumis longtemps à un effort pourtant en dessous de sa limite élastique) par exemple.
Maintenant, on a tous les éléments en main pour décoder une fiche matériau :
Re faible, beaucoup plus petit que le Rm, A% important => matériau un peu "chewing-gum" peu fragile.
Re très important et très proche du Rm, A% faible => matériaux type "ressort".
Module Young petit => matériau souple
Module Young très petit => matériau genre "élastique"
Résilience faible => matériau genre "verre"
etc...
