Tp Sciences des matériaux

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TP Matériaux : Mouton pendule

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Séance N°1 : Essais mécaniques- Influence du recuit et influence de la

composition chimique.

Recuit : Chauffage à 850) pendant 20min (rmp=900°)

Essais de résilience : (mouton de charpy)

Effectuer l’essai sur une éprouvette recuite et une éprouvette brute.

Blanchir : 2 faces opposées à la polisseuse à bande.

Essai de dureté :

Effectuer sur une éprouvette recuite et une éprouvette brute.

Faire la moyenne de 5 mesures au minimum.

Convertir la dureté : (HRC ou HRB) en Mpa

Comparer les caractéristiques mécaniques que vous obtenez avant et après le

recuit. Valider l’effet du recuit sur le matériau brut de laminage.

Ce dernier est il écroui ou non écroui ?

Polissage : de la face non Billée

Papier abrasifs successifs 220/500/1500

Huiler légèrement la face polie et emballer les échantillons pour la deuxième

séance.

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I. INTRODUCTION :

Le mouton pendule, est l’un des appareils d’essais sur les matériaux des plus classiques et constitue une façon simple mais efficace de montrer aux gens la différence de résistance entre les matériaux. Les propriétés métalliques ainsi que la qualité des éprouvettes peuvent être déterminées. En changeant les variables de l’expérience, différents aspects fondamentaux peuvent être étudiés et discutés. L'appareil d'essai de résilience est conçu pour permettre à l'utilisateur de voir quelle quantité d'énergie est nécessaire pour casser des éprouvettes de matériaux et de dimensions spécifiques. L'essai consiste à casser une éprouvette à l’aide d’un marteau monté sur un pendule oscillant lâché en chute libre d’une hauteur déterminée. L'énergie absorbée correspond à la mesure de la force d'impact du matériau. Seules les éprouvettes fournies avec l’appareil sont recommandées, mais une gamme d’éprouvette est disponible sur demande. Cet équipement vous permet également de manipuler des variables telles que la hauteur de départ et le poids du marteau d’impact. En faisant cela, les valeurs dans les équations de l'expérience seront modifiées et cela permettra de montrer à l'utilisateur comment ces facteurs peuvent affecter les résultats du bras oscillant. Cet appareil possède une énergie d'impact moyenne et est conçu spécifiquement pour une utilisation en hauteur sur une table ou un établi. Il possède une énergie potentielle maximum (masse x gravité x hauteur de départ) de 25 Joules (J). Une partie de l’énergie est perdue en raison du frottement dans les roulements, de la résistance à l’air et de la résistance de l’aiguille de l'indicateur. C'est une quantité négligeable, mais elle est compensée et calculée pour établir l'échelle qui est située à l’avant du couvercle du rapporteur. Cette échelle est donnée en degrés afin que la hauteur finale et l'énergie absorbée puissent être calculées.

Mouton Charpy

Essais de résilience

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II. ASSEMBLAGE DE L’APPAREIL

III. EXPERIENCE :

L'objectif de l'expérience est de calculer la valeur de la résilience des éprouvettes par essai de choc. Ceci peut être déterminé en relevant et en calculant ensuite la quantité d’énergie qui est utilisée pour casser l'éprouvette par un essai de choc. Le mouton pendule affiche la valeur d'angle que atteint à sa hauteur maximum après l’impact. A partir du moment où nous obtenons la hauteur maximum après impact, nous pouvons déterminer la différence de hauteur (de la position de départ du marteau) et donc la variation d'énergie. Celle-ci correspond à la quantité d'énergie absorbée par / utilisé pour casser l'éprouvette d'essai. En divisant cette valeur par le CSA, nous obtenons la valeur de la résilience que nous pouvons utiliser maintenant pour comparer différents matériaux entre eux. Au début de chaque essai, certaines variables doivent être relevées;

La position de la hauteur de départ, h1

La masse du marteau, m

Le type d'éprouvette

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IV. Procedure d’essai :

Les éprouvettes fournies avec l'appareil sont en : Acier (EN3B / 230M07) avec entaille en V

Laiton (cZ121/BS2874) avec entaille en V

Matériau CSA (m2) CSA à l'entaille (m2)

Acier – EN3B (BS970 230M07) 0.000075 0.000055

Laiton – CZ121 (BS 2874) 0.000075 0.000055

1. Retirez le panneau frontal du garde corps de protection.

2. Vérifiez que la tête du marteau est montée avec le poids nécessaire

3. Vérifiez que tous les débris ont été enlevés autour de l'éprouvette

4. Relevez la section ‘CSA’ des éprouvettes et la nature des matériaux et

indiquez les valeurs dans le tableau ci dessus.

5. Insérez l'éprouvette d'essai. Assurez-vous qu'elle soit correctement alignée avec l’entaille sur l’enclume et avec les plaques d'impact.

6. Réglez l'indicateur à la 0° position.

7. Déplacez le marteau à la hauteur nécessaire (P1) et notez cette hauteur de

départ dans le tableau 2 sous h1. 8. Il est conseillé que si le bras est dans sa position la plus haute (P1), que tous

les actionneurs d’arrêt soient engagés afin d’améliorer la sécurité jusqu'à ce que l'essai soit prêt à démarrer.

9. Replacez le panneau frontal du garde corps de protection, vissez les quatre mollettes sans serrer.

10. L'appareil est maintenant prêt pour l'essai

11. Appuyez avec une main contre le ‘Poussoir’ à travers le carter acrylique et avec l’autre main, libérez l'actionneur d’arrêt sur lequel le bras du marteau repose. Cela permettra à l'assemblage du marteau de chuter librement et de venir frapper l'éprouvette d'essai au point bas de son balancement.

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12. Dès que l'éprouvette d'essai est cassée et que l'angle de remonté du pendule atteint son pic, le bras du marteau va se balancer en arrière, mais l'indicateur (qui a été entrainé avec le balancement après que l'éprouvette ait subie un impact) reste dans cette position. Relevez le point auquel l'indicateur est

monté dans le tableau dans la colonne angle final (β).

13. Lorsque le bras termine son balancement et revient à une position d’arrêt complète, dévissez les boutons moletés du panneau frontal et retirez l'éprouvette.

SPECIFICATIONS TECHNIQUES

Masse du marteau = Avec poids additionnels = 4.0 kg = Sans poids additionnel = 2.5 kg Rayon du bras = 0.345 m Hauteur de départ (P1) = 0.6386 m

Angle de départ (α) = 148.32 °

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V. Travail demandé :

1. Completez ce tableau.

Eprouvettes d’essai Masse de

démarrage

Hauteur de

départ (h1)

Angle de

départ (α)

Angle final

(β)

Energie

Absorbée

(Ak)

Résilience

(ak)

Matériau & CSA Kg P1 (m) ° ° J J/m2

Acier-0.000055m²

Laiton - .000055m2

2. Répondez aux questions suivantes:

1 Comment le matériau affecte-il le balancement du bras après l'impact ?

2 Comment le matériau casse-t-il ? Comment est le faciès de fracture ?

3 Est-ce les éprouvettes cassent au même point, de la même façon pour chaque matériau ? Les résultats sont ils homogènes ?

4 Quelle influence aura une modification du poids du même type d'éprouvette d'essai sur les résultats ?

5 Quelle influence aura une modification de la position de départ du même type d'éprouvette d'essai sur les résultats ?

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VI. Mécanismes de rupture des métaux

II/1 - La rupture ductile.

La plupart des métaux et de leurs alliages consomment beaucoup d’énergie lors de la rupture. A l’échelle de la microstructure, celle-ci se produit d’abord par la formation de microcavités, initiées par la présence d’inclusions, puis par une intense déformation plastique de chaque grain. Ce mode de rupture est dit ductile. Il est aisément identifiable en microscopie électronique à balayage par la présence de « cupules » résultant de la déformation (photo A ci-dessous). A l’œil, ce type de rupture apparaît d’un aspect mat à. soyeux.

II/2 - La rupture fragile.

A basse température, quelques métaux subissent aussi un mode de rupture à très faible énergie: c’est la rupture fragile. Elle se produit par la brusque décohésion de certains plans cristallographiques (ceux de moins grande densité atomique) dans chaque monocristal que représente un grain. L’aspect en microscopie à balayage est donc constitué d’un grand nombre de petites facettes, ou « clivages » (photo B ci-dessous). A l’oeil, ce type de rupture brille plus que la rupture ductile et présente un aspect granuleux.

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I. Introduction :

On imprime une empreinte dans le matériau par un poinçon et on mesure la taille de

l’empreinte. Suivant la nature des matériaux, il existe plusieurs systèmes de mesure.

Les plus reproductibles sont la dureté VICKERS et la dureté BRINELL.

Dans l’essai VICKERS, le poinçon est une pyramide de diamant, la charge P varie de

quelques grammes à 50 daN.

d

P

Matériau

Vue en plan

La géométrie connue du poinçon permet de calculer la dureté comme étant la

contrainte maximale subie lors de l’enfoncement, calculée à partir de la mesure de la

diagonale d de l’empreinte :

HVP = (1.854.P)/d2 en daN/mm2, (souvent exprimée sans dimension)

La valeur de HV ne dépend pas du choix de P et permet de construire une échelle

continue de dureté pour tous les matériaux.

Test de dureté

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0 20 100 350 700 1500 4000

polymères

métaux purs

alliages

céramiques traditionelles

céramiques techniques

diamant, BN

aciers spéciaux

limite d'usinabilité

500

La dureté BRINELL est d’application plus restreinte car elle utilise comme poinçon

une bille d’acier trempé. L’empreinte forme une calotte sphérique très petite et peu

profonde dont on mesure le diamètre.

II. Travail demandé :

1. Calculer la dureté en MPa avec Brinell et Vickers des deux échantillons

que vous avez (bien polies des deux faces) :

ACIER puis LAITON (origine)

ACIER puis LAITON (recuit)

2. Faire l’essai 5 fois, prendre la valeur moyenne.

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Séance N°2 : Etude métallographique-Influence du recuit et influence de la

composition chimique

Dégraisser les deux échantillons

Polissage miroir : de la face non billée

Papiers abrasifs

Puis rinçage (eau-alcool) et séchage

Pate diamantée puis rinçage (eau+alcool :ops-suspension)

Mise en évidence de la structure par attaque successives de 6 secondes au

réactif nital puis neutralisation (eau-alcool:ops-suspension)

Observation de la structure au microscope

Grossissement successifs : X50 X100 X200 X400

Détermination de l’indice des grains

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Tp : Enrobage à froid

L’objectif de l’enrobage est de protéger les matériaux fragiles ou revêtus lors de la préparation et d’obtenir une netteté des bords parfaite. L’enrobage permet également une manipulation plus sûre, plus pratique de par exemple, des échantillons petits, aigus ou de forme irrégulière ou lorsque la protection des couches est impérative. L’enrobage à froid offre des avantages spécifiques selon le nombre d’échantillons et la qualité requise:

Résultats excellents avec les échantillons poreux, fragiles et sensibles à la chaleur

Adapté à l’imprégnation sous vide

Polymérisation rapide des grandes quantités d’échantillons

Guide de sélection L’un des points de mire de l’enrobage à froid est le temps de polymérisation. Pour faciliter votre choix, nous avons conçu un guide de sélection base sur le temps de refroidissement pour les différents types de résines d’enrobage à froid.

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Travail demandé :

Faites l’enrobage de l’échantillon en laiton recuit et brute.

Comparer les échantillons enrobés et non enrobés.

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