INFLUENCE DE LA LIMITE D ÉLASTICITÉ DU MÉTAL DU RIVET
Dans la pratique industrielle, on sait qu’en général plus le métal à rivet a une grande résistance à la traction, plus le serrage qu il peut produire est éneigique ; c’est cette raison qui a déterminé les ingénieurs des constructions navales à essayer des rivets en acier à grande résistance.
11 est clair que si les rivets à grande résistance à la rupture produisent un plus fort serrage, c'est parce que la limite d’élasticité des aciers durs est plus élevée, puisque, après dépassement de la limite élastique, il n’y a plus serrage énergique ; par conséquent, il est nécessaire d’étudier l’influence de la limite d’élasticité du métal du rivet sur la résistance à l’adhérence.
(1) Ch. Fremont, « Communication à l’Académie des Sciences » du 3 juillet 1905.
Parmi les expérimentateurs qui ont étudié la résistance des pièces rivées, M. Dupuy paraît être le premier ayant signalé cette influence en disant que : <( la résistance au glissement des tôles rivées est d’autant plus grande que la limite d’élasticité du métal constituant les rivets est plus grande » (p. 9, paragraphe 14).
La limite d’élasticité considérée par M. Dupuy est la limite d’élasticité appareille du métal du rivet essayé à la traction après an recuit préalable au rouge cerise (p. 10) et ses essais ont été effectués:
1° Sur des rivets en fer dont le métal ainsi recuit avait 18 kilogrammes de limite d’élasticité pour un échantillon et 21 kilogrammes pour un autre.
2° Sur des rivets en acier dont le métal recuit avait 21 kilogrammes pour un échantillon et 23 kilogrammes pour un autre.
Les expériences ont donc porté sur des métaux ne différant que de 3 et 2 kilogrammes pour la limite d’élasticité prise comme il a été dit.
Or, nous savons aujourd’hui que la limite d’élasticité apparente relevée par les procédés ordinaires de l'essai de traction diffère souvent beaucoup de la limite d’élasticité vraie qui ne peut être mesurée qu’en opérant sur éprouvette polie.
Il est donc difficile de déduire de ces expériences quelle est l’influence de la limite d’élasticité du métal; non seulement parce que l'écart de 2 ou 3 kilogrammes entre les limites d’élasticité des métaux comparés est bien faible et parce que ces limites d’élasticité, mesurées par le procédé habituel, sont contestables, mais surtout parce que les essais de mesure ont été faits sur le métal recuit et non pas sur le métal du rivet après dérivetage ; et, ainsi qu’on peut le constater à l’inspection du tableau n° 3, la limite d'élasticité du métal peut varier, après rivetage, clans de grandes proportions. Enfin, une quatrième objection peut être faite aux déductions des expériences de M. Dupuy, relativement à l'influence de la limite d’élasticité du métal du rivet, c'est que d’autres causes ont pu intervenir dans le résultat de la mesure obtenue par ce procédé d’investigation, notamment l’état des surfaces en contact, etc. Dans mes expériences, j’ai eu soin de me mettre dans les conditions indispensables pour ne faire varier à la fois qu’un seul des facteurs ayant une influence sur la résistance à l’adhérence des pièces rivées; je peux donc, en rapprochant les résultats des essais à l’adhérence (tableau n° 2) des résultats des essais de la limite d'élasticité à la traction après dérivetage , déduire l’influence de la limite d’élasticité sur la résistance à l’adhérence (1).
Dans cette comparaison des résultats portés aux deux tableaux nos 2 et 3, il y a lieu de distinguer les essais dans lesquels la durée de la pression sur le rivet
(1) Ch. Fremont, « Mesure de la limite élastique des métaux ». — « Bulletin de la Société d’Encouragement », septembre 1903.
a été brève: 2 ou 3 secondes par exemple, et les essais dans lesquels la pression a été maintenue pendant 60 secondes.
Les tableaux n° 4 et n° 5 permettent de faire ces comparaisons et d’en déduire l’influence de la limite élastique du métal du rivet sur la résistance à l’adhérence des pièces rivées.
On remarque tout d’abord que trois métaux, les nos 13, 16 et 23 ont donne une résistance à l’adhérence très faible et même nulle dans un essai, dans tous les cas une résistance très disproportionnée avec la haute limite d’élasticité de métal ; il s’agit donc là de métaux particuliers.
En effet, quand après avoir écrasé le rivet fait avec un de ces trois aciers, on porte le dispositif d’essai sous la presse qui doit le maintenir pendant l’essai du glissement (fig. 5), on constate que la lame du milieu, placée entre les deux rondelles du dispositif et qui doit supporter la charge d’essai, résiste déjà à un effort de la main, qu’il y a par conséquent un serrage suffisant, sous 1’etTet du retrait du fût du rivet, pour maintenir cette lame en porte à faux et même pour résister à cet effort supplémentaire de la pression de la main; mais cette résistance ne persiste pas; au bout d'un espace de temps variable, 30 à 40 secondes environ, la lame maintenue en porte à faux par l'adhérence s’incline sous son propre poids et, si on la replace horizontalement, on est obligé de la maintenir dans cette position, l’adhérence du rivetage étant insuffisante; ce n’est qu’après un laps de temps de 60 secondes à 120 secondes que l’adhérence redevient suffisante pour maintenir horizontalement et en porte à faux la lame du milieu du dispositif.
Dans l’essai de résistance à l’adhérence après refroidissement complet, on constate un résultat très faible et quelquefois un manque complet de résistance à l’adhérence quand la pression n'a pas été maintenue longtemps sur la bouleroi le au moment du rivetage.
Ces trois aciers sont ies aciers spéciaux au chrome, au nickel, etc. M. Mesnager a signalé un acier présentant le meme phénomène (1). Cet acier à l’état vierge a une limite d’élasticité d’environ 100 kilogrammes et la résistance à l’adhérence d’une pièce rivée avec ce métal est presque nulle lorsque la durée delà pression sur la bmiterolle est courte; il n’y a adhérence que lorsque la durée de cette pression est longue, de 60 secondes par exemple. M. Mesnager ne dit pas quelle est la résistance à l'adhérence dans ce dernier cas, il est probable qu’elle est très faible et loin d’être en rapport avec la haute limite d’élasticité du métal employé.
Comme, dans la pratique industrielle, on n’est jamais certain que la pression sera maintenue le temps nécessaire et que, même si on remplissait cette condi-
(1) « Rivetage en acier spécial ». — « Annales des Ponts et Chaussées », 3e trimestre, 1906, p. 1 14 à 141.
AHTS MÉCANIQUES.
A VH IL 1900
Tableau N° 4
Comparaison de la résistance à l'adhérence avec la limite d’élasticité du métal après dérivetage. (La durée de la pression sur la bouterolle ayant été de 3 secondes.)
Résistance moyenne
Limite d’élasticité
N° du métal.
à l’adhérence.
vraie.
Rapport.
. kilog.
kilog.
OO
Rapport moyen. .
(Les essais des aciers spéciaux nos 13, 16 et 23 n’ont pas été comptés dans le rapport moyen.)
Tableau N° 5
Comparaison de la résistance à l'adhérence avec la limite d'élasticité du métal après dérivetage. (La durée de la pression sur la bouterolle ayant été de 60 secondes.)
Résistance moyenne
Limite d’élasticité
N" du métal.
à l’adhérence.
vraie.
Rapport.
kil.
kil.
Rapport moyen. .
(Les essais des aciers spéciaux nos 13, 10 et 23 n'ont pas été comptés dans le rapport moyen.)
lion difficile à réaliser, on aurait encore une adhérence moindre qu’avec des aciers ordinaires, il est bien évident que tout constructeur compétent proscrira l’emploi d un tel métal qui coûte cinq ou six fois plus cher que l’acier ordinaire, sans même en avoir la qualité recherchée, la résistance à l’adhérence.
On ne peut donc pas dire, comme le pensait M. Dupuy, que, d’une façon absolue, la résistance à l’adhérence est d’autant plus grande que la limite d’élasticité du métal constituant les rivets est plus grande, puisque certains aciers spéciaux, dont la limite d’élasticité est très haute: GO kilogrammes, donnent une adhérence très faible et parfois nulle.
La cause du manque d’adhérence est due à la position basse du point de transformation, ce point de transformation étant accompagné d'une dilatation anormale qui interrompt. le serrage.
Si on laisse de côté les résultats des essais des aciers nos 13, 16 et 23, sur les tableaux nos 4 et 5, on constate que la résistance à l’adhérence pour les aciers ordinaires au carbone est environ, en moyenne, 1/4,05 de la limite d’élasticité du métal après dérivetage quand la pression n’est maintenue qu’un temps court, 2" ou 3" par exemple et qu’elle est en moyenne, 1/3,7 lorsque la pression sur les bouterolles est maintenue un temps assez long, 60" environ.
Cette durée de la pression augmente donc la résistance à l’adhérence d’en- . viron 10 p. 100.
11 était intéressant de savoir si la résistance à l’adhérence d’un bon rivetage effectué au marteau à main différait do celle que j’ai trouvée dans le rivetage à la machine.
J’ai fait cet essai en employant l’acier n° 5 pour rivet; l’opération a été effectuée par un chef riveur, et pour rester dans des conditions comparables à celles qui ont été remplies dans les essais précédents, le rivet a été chauffé dans toute la longueur, à une timpérature d’environ 950°. La résistance à l’adhérence a été au premier glissement de 11^,35 et aux glissements suivants :
Ces résultats montrent qu’un bon rivetage au marteau donne presque la même résistance à l’adhérence que le rivetage mécanique (tableau n° 2).
11 est bien entendu que ces résistances à l’adhérence ne sont vraies que pour les conditions dans lesquelles ont été effectuées les expériences; elles peuvent changer sensiblement, comme nous le verrons plus loin, notamment quand l’état des surfaces en contact vient à différer. C’est donc le principe de l’influence de chaque élément et non le chiffre absolu qui doit être retenu.
INFLUENCE DE l’ÉTaT DES SURFACES DES TÔLES EN CONTACT
Comme on le pense Lien, la résistance à l’adhérence ne dépend pas uniquement de l’effort de serrage produit par la contraction du métal du rivet posé à chaud; comme c’est une résistance au frottement, l’état des surfaces en contact intervient comme dans tout travail de frottement; ce frottement augmente avec la rugosité de ces surfaces.
Il est à remarquer que les auteurs qui ont étudié la résistance à l’adhérence n’ont pas fait intervenir le coefficient de frottement des surfaces des tôles en contact. Esl-ce parce qu’ils ont supposé qu’en pratique on se trouvait toujours dans des conditions peu différentes les uns des autres, ou Lien parce qu’ils n’avaient pas de moyen d’apprécier exactement ce coefficient de frottement?
Dans son mémoire (p. 109), M. Considère rapporte qu’il a fait exécuter des essais à l’arsenal de Brest, « afin de bien mettre en évidence l’in fluence de l’état des surfaces en contact ».
Or, les résultats de ces essais, résumés dans un tableau (p. 110), présentent parfois des écarts excessifs, quoique effectués dans les mêmes conditions; ainsi certaines expériences ont donné 8kfï,i2 une fois et 1 3k&% 96 une autre fois; ot si on en juge d’après les indications données dans la première colonne du tableau, ces expériences avaient pour but de rechercher l'influence de la bavure qui subsiste quelquefois accidentellement au bord des trous poinçonnés, et non pas l’influence du coefficient de frottement en fonction de l'état plus ou moins rugueux des tôles en contact. Il y a donc là une confusion.
L’existence de cette bavure par poinçonnage des tôles est d’ailleurs le fait d'un accident ou d’une malfaçon qui ne doit pas être tolérée; les cahiers des charges exigeant généralement que les trous poinçonnés soient alésés sur une certaine épaisseur de la périphérie, pour enlever la partie de métal écroui et, quand il n'y a pas alésage, la bavure doit être enlevée; « toutes les pièces en contact, soit l’une sur /'autre, soit bout à bout, devront être parfaitement jointives » (1).
J’ai cru devoir effectuer quelques expériences sur l’influence de l'état plus ou moins parfait de polissage des surfaces en contact, non pas pour déterminer des coefficients, le degré de polissage ou de rugosité étant difficile, sinon impossible à apprécier dans la pratique industrielle, mais seulement pour fixer les. idées et permettre d’apprécier dans une certaine mesure la valeur de celte influence de l’état des surfaces sur la résistance à l'adhérence.
J’ai effectué ces expériences sur des tôles dont les surfaces étaient dressées sur le tour et polies au papier émeri et sur d’autres tôles dont les surfaces
(1) Cahier des charges P.-L.-M. — Article 82.
étaient restées brutes de laminage, conservant ainsi leur croûte d'oxyde magnétique, comme dans la pratique de la chaudronnerie.
Le procédé expérimental employé a été le même que celui qui a servi antérieurement aux essais de résistance à l’adhérence, et dans lequel le glissement des pièces rivées s’effectue par rotation autour du rivet, ainsi qu’il est schématiquement représenté (fig. 3).
La pression sur les bouterolles a été de 40 tonnes, et la durée pendant laquelle cette pression a été maintenue a été tantôt de 2 ou 3 secondes, tantôt de GO secondes et plus.
tableaux
nos G, 7, 8, 9, 10 et il donnent les résultats de ces essais
Tableau
Influence -de l'état des surfaces des tôles en contact.
3 loi es fer 15 mm. —
Rivets acier n° 2.
Épaisseur
Durée
do la pression.
Résistance à l’adhérence.
Surfaces polies.
Surfaces brutes.
mm.
secondes.
kg.
kg-
Tableau
Influence de l'état des surfaces des tôles en contact.
2 tôles fer 15 mm.
- Rivets fer n° 1.
Épaisseur
serrée.
Durée
do la pression.
Résistance à l'adhérence.
Surfaces polies.
Surfaces brutes.
mm.
secondes.
kg.
kg-
Tableau
Influence de l'état des surfaces des tôles en contact.
3 tôles fer 15 mm. —
Rivets acier n° 4.
Epaisseur
serrée
Duréo
de la pression.
Résistance à l’adliércuce.
Surfaces polies.
Surfaces brutes.
mm.
secondes.
kg.
kg.
Tableau N° 9
Influence de l’état des surfaces des tôles en contact.
3 Iules acier 10 mm. — Rivets acier n° 4.
Résistance à l'adhérence.
Épaisseur
serrée.
Durée
de la pression.
Surfaces polies.
Surfaces brutes
mm.
secondes.
kg-
kg.
Tableau N° 10
Influence de l’état des surfaces des tôles en contact.
3 tôles acier 10 mm. — Rivets acier n° 5.
Résistance à l'adhérence.
Epaisseur
serrée.
Duree
de la pression.
Surfaces polies.
Surfaces brutes
mm.
secondes.
kg.
kg-
Kpaisseur
mm.
Tableau N° 11
Influence de l’état des surfaces des tôles en contact.
2 tôles fer 13 mm. — Rivets acier n° 3.
Résistance à l'adhérence.
Durée
de la pression, secondes.
Surfaces polies, kg- 4,90
Surfaces brutes, kg.
On remarque que, en général, la résistance à l’adhérence, quand les tôles étaient polies, se trouvait être presque la moitié de la résistance à l’adhérence obtenue avec des tôles à surfaces brutes de laminage.
L’état des surfaces en contact, même dans les limites où il varie en pratique, peut donc avoir une influence très sensible.
INFLUENCE DE l’ÉTAT PLUS OU MOINS PARFAIT DU DRESSAGE DES SURFACES DES TOLES
