ENCRES

Ces résultats sont reportés sur la courbe 2 de la figure 108. La rupture se produit même beaucoup plus vite que dans le cas le plus défavorable d’une éprouvette à l’état brut de laminage. D'autre part, la dispersion des résultats est très faible : pour l’orientation 0° par exemple N est compris entre 487 200 et 553 800 alors que pour les éprouvettes à l’état brut les nombres d’alternances observés étaient compris entre 757 000 et 1 729 500 pour cette même orientation.

La couche superficielle produite par le laminage a donc une grande dureté et améliore la résistance dynamique de l'éprouvette, mais elle est hétérogène et améliore beaucoup plus cette résistance dans certaines directions que dans d’autres.

Des mesures de micro-dureté superficielle montrent d’ailleurs que le polissage fait passer la dureté Vickers de 141 à 121 (dureté sous charge de 300 g pendant 30 s).

Dans une étude sur le polissage électrolytique industriel [16] on cite des exemples analogues. Le polissage électrolytique peut avoir des effets nuisibles en révélant les inclusions superficielles et nous pensons que ce sont ces effets que nous constatons ici. La micrographie de la figure 110 montre que le fer utilisé possède un assez grand nombre d’impuretés que nous pensons superficielles et qui, comme nous le signalions plus haut, ont été remarquablement alignées par le laminage.

Nous nous sommes alors demandé si un léger polissage mécanique produirait le même effet. Nous avons étudié seulement le cas des éprouvettes découpées dans le sens du laminage, et nous avons obtenu comme moyenne des nombres d’alternances amenant la rupture :

N = 633 000 au lieu de N=45275- 900

trouvé pour l’éprouvette brute de laminage.

Dans ce cas également la dispersion des résultats est très faible : les nombres N sont compris entre 601 000 et 663 000. L'’épaisseur de la couche enlevée sur chaque face

est cependant inférieure à 5 microns. Le polissage mécanique a été fait avec du papier émeri 000 et 0000; puis avec une solution d’alumine. Ce traitement assez grossier donne une surface beaucoup plus perturbée que celle obtenue par polissage électrolytique et

la résistance des éprouvettes est malgré tout légèrement plus grande. :

Ces quelques résultats montrent combien le phénomène de la fatigue est éompliqué. Il est difficile de concevoir de si grandes différences d'endurance pour de si faibles modifications de l’élat de surface des échantillons.

3° Influence de la largeur de l’éprouvette.

Nous avons indiqué dans le chapitre IT, page 20, que le taux de contrainte maximum d’une éprouvette prismatique soumise à une torsion ne dépend pratiquement pas de la largeur de la bande lorsque cette largeur est au moins égale à cinq fois l'épaisseur.

Nous recherchons ici dans quelles mesures l’expérience est en accord avec cette hypothèse.

Nous avons essayé des éprouvettes prélevées dans le sens du laminage et dont les largeurs étaient respectivement 5 et 15 mm. Les autres conditions expérimentales (longueur, amplitude de torsion, vitesse, état de surface) étaient celles du paragraphe 10.

Le tableau suivant donne les résultats de ces essais effectués avec cinq éprouvettes dans chaque cas. Nous y avons intercalé le résultat obtenu précédemment pour une éprouvette de 10 mm de large :

| D mm o 1 414 500 | 1 796 200 | ! 2 241 300 © 1 951 600 10 mm 1 275 900 I 972 000 2 1 051 500 15 mm s) 1 252 000 1 112 000 I 1 161 000 1 123 500 |

ve Il semble donc que la largeur de l’'éprouvette a une influence plus grande que ne le laissait prévoir la théorie. Les éprouvettes de grande section droite ont tendance à se rompre plus rapidement que les éprouvettes de faible section. On peut expliquer ces différences de comportement par des considérations thermiques qui seront développées au paragraphe suivant. Nous avons observé, en effet, que l’échauffement de l’éprouvette augmente avec la largeur de celle-ci et nous verrons que l'élévation de température est un facteur nuisible pour l'endurance.

On remarque que la dispersion des résultats est d'autant plus grande que l’éprouvette est plus étroite. Nous avons même éliminé une éprouvette de 5 mm qui a supporté sans rupture 12000 000 d’alternances. Dans des essais systématiques, pour comparer par exemple avec précision des tôles de diverses origines (essais de réception), il y aurait intérêt à adopter des éprouvettes ayant une largeur au moins égale à dix fois l’épaisseur.

49 Influence de l’élévation de température au cours de l’essai.

On sait que les déformations alternées produisent un échauffement du métal, ce phénomène étant en relation avec l'existence d’un cycle d’hystérésis mécanique. Cet échauffement est très faible pour l'aluminium et nous avons pu le négliger. Il devient important avec le cuivre et encore plus avec le fer.

ul rex Le] [re + [ce]

Fig. 111

Par suite des pertes de chaleur par conductibilité thermique aux encastrements et par convection, il s’établit un équilibre thermique caractérisé par une température constante en chaque point de l’éprouvette, mais variant d’un point à un autre.

Il nous faut préciser, afin d'éviter tout malentendu, qu’il y a plusieurs phases dans l’échauffement d’une éprouvette soumise à un essai d'endurance. Suivant le taux de contrainte appliqué l'élévation de température est plus ou moins rapide, plus ou moins régulière [17].

Pour notre part nous avons observé que dans les conditions de nos essais il y à un équilibre qui s'établit quelques minutes après la mise en route de la machine (5 mn pour le fer) et que cette température de régime reste stable pendant un nombre de cycles suffisamment important pour nous permettre d’expérimenter sans tenir compte des variations dues à la progression de la fatigue. Nous rappelons, en particulier, que la température s'élève beaucoup plus dans la phase de l’essai qui précède immédiatement la rupture.

Mode opératoire.

Pour déterminer cette répartition des températures nous avons soudé en plusieurs points de l’éprouvette (fig. 111) des couples thermoélectriques en prenant toutes precautions pour que des soudures troublent le moins possible l'équilibre à étudier : soudures

ponctuelles, fils B.T.E.-C.T.E. de diamètre égal à 2/10 de mm qui s’est montré le diamètre minimum compatible avec une résistance mécanique suffisante de ces fils. Les différences de potentiel sont mesurées avec un millivoltmètre de précision et les températures ont pu ainsi être évaluées à un demi-degré près. 7

Résultats.

a) RELATION ENTRE L'ENDURANCE ET LA TEMPÉRATURE DU RÉGIME THERMIQUE.

Comme nous pouvions nous y attendre la température de régime est maximum dans la partie médiane de l’éprouvette par suite de l’éloignement des têtes de serrage. Dans les conditions d’essais indiquées au paragraphe 1° (rx — 22,25 kg/mm?, fréquence 6 000 cycles/mn), la température se stabilise à 95° au milieu de l’éprouvette, à 559 à la tête oscillante et à 500 à l'extrémité fixe, ces valeurs n'étant valables que pour l’éprouvette prise comme exemple.

Or, c’est précisément dans cette zone centrale que se produit toujours la rupture. Il y a donc corrélation étroite entre la résistance dynamique et l’échauffement de l’éprouvette.

Pour mettre ce fait en évidence de manière plus nette, nous avons atténué l’échauffement du métal par ventilation énergique et nous avons fait une nouvelle série d'essais sur éprouvettes d'orientation 900. La moyenne de cinq essais a donné N — 1 924 300, alors que dans le tableau V nous voyons que N — 772 000 pour des éprouvettes non ventilées. La température au centre est tombée de 950 à 400.

Il est bien évident que les limites d'endurance déterminées avec les métaux ayant un important cycle d'hystérésis n’ont guère de signification physique, car elles dépendent, dans une trop grande mesure, de l’échauffement, donc des conditions de l'essai, de la forme des éprouvettes et en général de toutes les causes de déperdition thermique en cours d'essai.

Dans une étude déjà citée [2] l’auteur donne pour divers métaux les variations du nombre d’alternances amenant la rupture dans des essais effectués sous des taux de fatigue donnés, mais à des températures variables. Suivant la nature du métal il y a augmentation où diminution de la résistance dynamique lorsque la température croît. D'après cet auteur l'endurance du fer commence par augmenter lorsque la température s'élève, et ceci Jusqu'à un maximum situé vers 3000, Il semble que nous n'ayons pas ici une relation analogue, mais, pour conclure avec certitude, nos essais devront être poursuivis en faisant varier la température dans de plus grandes proportions en disposant un four autour de l’éprouvette.

b) INFLUENCE DE LA FRÉQUENCE DES EFFORTS SUR L'AIRE DU CYCLE D'HYSTÉRÉSIS.

Nous avons profité de ces mesures de températures pour vérifier un fait constaté par M. RavizLy : pour des fréquences d’oscillations comprises entre 100 et 2 400 cycles par minute, la quantité de chaleur libérée par cycle est indépendante de la fréquence. I en résulte que l'élévation de température de l'éprouvette doit être proportionnelle à la fréquence si les déperditions de chaleur par convection restent proportionnelles à la

L'or

différence de température T — T, entre l’éprouvette et le milieu environnant (cette loi de la convection n’étant valable que dans le cas où la différence T — T, n’est pas trop grande).

Nous avons effectué cette étude avec une éprouvette de cuivre; les microsoudures se faisant mieux avec ce métal qu'avec le fer les mesures sont plus correctes. Le couple était soudé au milieu de l’éprouvette.

L'état d'équilibre s'établit en trente secondes après chaque changement de régime, mais nous avons maintenu la vitesse pendant trois minutes à chaque valeur donnée pour mesurer avec précision cette vitesse par enregistrement des alternances.

Temperature

0 41000 5.000 10.000 Vitesse en tours-minute

Fig. 112

Le tableau suivant donne le résultat de ces expériences :

Vitesse en tr/mn . 1 650 2 100 2 700 SH00 4 5 000 5 400 Température 260 289 31° 35,b° 39,50 429 44,50 É:. en tr/mn .| 6 000 6 600 7 000 7 500 7 900 8 550 9 000 Température .... 489 51° 540 56° 590 640 670

La courbe représentative (courbe 1 de la fig. 112) montre que la loi nt ne se vérifie plus à partir de la fréquence de 6 000 cycles/mn. pis alors la LÉ PÉTRENLORSS l’éprouvette devient supérieure de 30° à l’ambiante qui est 180; si Anne thermique n’est plus nécessairement proportionnelle à T — T,, d’où peut-être l’anomalie

observée.