Question d'origine :
Existe-t-il une étude qui montre l'évolution du module de Young en fonction de la teneur en carbone de l'acier ?
L'acier des cuves de l'EPR et des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaire devrait avoir une teneur en carbone de 0,22%.
L' acier de la cuve de l'EPR a été mesurée à 0,30. On a trouvé 0,40 dans des GV.
Quelle est la perte de résistance à la rupture pour un acier à 0,30 par rapport à celui à 0,22 ?
Idem pour la résilience ?
Jité
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 28/10/2016 à 12h09
Bonjour,
En préambule nous souhaitons vous rappeler que le guichet est animé par des bibliothécaires dont les compétences ne sont pas celles d'ingénieurs spécialisés. Nous achetons des ouvrages scientifiques, mais nous ne maitrisons pas les connaissances contenues dans ces documents. C'est pourquoi nous allons tenter de vous amener des pistes vers la réponse à votre question.
Un bref rappel de la définition du Module de Young, pour les néophytes :
Il représente le rapport entre la contrainte de traction et la déformation d’un matériau soumis à une force tendant à l’allonger ou à le comprimer.
(Définition extraite du Dictionnaire de physique)
Les propriétés de l'acier dépendent, de façon fondamentale, de la teneur en carbone. Le fer liquide dissout très facilement le carbone dans des proportions très supérieures aux 2.08% qui marquent la délimitation entre les aciers et les fontes. En quantités allant jusqu'à cette limite de classification, le carbone se dissout dans le fer Ó pour donner de l'austénite, mais la solubilité dans le fer Ó est très faible (de 0.01 à 0.04%). Les additions de carbone introduisent le point A2 (695°C formation de perlite) élèvent le point A4 (1400°C) et peuvent abaisser le point A3 (910°C) jusqu'à 695°C.
De tous les constituants de l'acier, le carbone exerce de loin l'influence la plus grande sur les propriétés du métal. Dans les aciers au carbone, il se trouve presque exclusivement sous la forme de carbure Fe3C dur et fragile, mais également sous la forme de "carbone de trempe" dissous, et quelquefois sous la forme de graphite. En proportion allant jusqu'à 0.84% de carbone, et grâce à la formation de perlite, la résistance à la rupture et la limite élastique croissent rapidement, aux dépens de la ductilité et de la malléabilité. De nouveaux accroissements de la teneur en carbone, jusqu'à 1.4% au moins, continuent à faire décroître la ductilité, et jusqu'à 1.8% n'ont que peu d'effet sur la résistance à la rupture, mais la dureté augmente. On n'obtient complètement l'effet de trempe de Fe3C que par traitement thermique. On emploie beaucoup les teneurs variant dans la zone comprise entre 0.05 et 1.1%, mais on peut dire que la teneur de 0.30% environ est souvent adoptée pour les pièces forgées ou moulées, et que l'on élève la teneur jusque vers 0.7% pour les rails et les jantes. Des teneurs en carbone plus élevées peuvent même convenir à certains traitements de trempe par cémentation, à condition que l'acier soit à grains fins. Des teneurs se rapprochant de l'eutectoïde donnent, dans les structures de cémentation, la meilleure association de résistance à la rupture, de ductilité et de dureté. Des teneurs voisines de 1% sont employées pour les ressorts de chemin de fer et pour les aciers pour outils au carbone. En vue de combiner au mieux la résistance à la rupture et la ductilité, la tendance est d'admettre une diminution de la teneur en carbone, compensée par un accroissement du pourcentage de manganèse.
(Extrait de Influence des éléments d'addition sur les caractéristiques mécaniques des aciers)
Vous pouvez également consulter ces 2 sites :
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Et pour aller plus loin, des documents à consulter :
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Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 29/10/2016 à 08h48
Bonjour,
Vous pouvez consulter la base de donnée des Techniques de l'Ingénieur, consultable en ligne sur le réseau des Bibliothèques Universitaires Abès Sudoc.
Voici 2 articles qui peuvent être intéressants, mais n'hésitez pas à consulter la base de données :
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Les propriétés d’un matériau sont mesurées ou appréciées en soumettant les pièces à des sollicitations très proches de celles qu’il pourrait subir lors de son utilisation. Les essais d’ordre mécanique sont les plus significatifs et traduisent le comportement d’une pièce sous diverses contraintes mécaniques ; traction, dureté, fatigue, résilience. L’article propose une présentation complète de ces essais en détaillant pour chacun d’eux le principe, les dimensions normalisées de l’éprouvette, les mesures effectuées, les caractéristiques ainsi déterminées. Celui portant sur la traction renferme un intérêt fondamental, l’éprouvette est soumise à un effort d’extension progressif, qui est conduit généralement jusqu’à la rupture du matériau. L’essai de dureté consiste à déformer le matériau à étudier par pénétration avec un matériau plus dur, forme et charge dépendent de la méthode d’essai retenue. La taille de l’empreinte laissée dans la matière est ensuite analysée, en est déduite la résistance de l’acier.
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L’acier de construction possède une série de caractéristiques qui lui sont propres. Il est impératif de bien les connaître pour être capable de tenir compte de leurs avantages et inconvénients en construction métallique.
Bien que court, cet article est complet en s’attachant à donner l’essentiel à retenir. Si les essais conventionnels permettent déjà de mesurer les qualités intrinsèques de l’acier de construction, ils gagnent à se compléter de calculs suivant l’Eurocode 3 et ses nouvelles notations.
C’est ainsi que l’article débute en rappelant le comportement plastique de l’acier, et continue avec les éléments de réflexion que sont les risques de rupture fragile, extrêmement difficiles à évaluer. La dernière partie est consacrée aux additifs de normes (faits au détour des années 1980) qui introduisent une notion jusqu’ici écartée : le calcul en plasticité.
Les notations récentes de l’Eurocode 3 sont condamnées, par nature, à évoluer, mais l’article offre pour l’instant un récapitulatif précieux sous forme d’un tableau comparatif. Grâce à une comparaison...
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