COURBES DE TRACTION

(a) Température ordinaire. — On connaît depuis longtemps les particularités présentées par le fer et les aciers doux recuits pendant les essais de traction effectués à la température ordinaire. La déformation comprend trois phases : la première est celle des faibles allongements (déformation élastique); elle est suivie d’un allongement rapide connu sous le nom de palier qui se produit sous une charge presque constante ; la troisième et dernière période est celle de l’allongement visqueux.

Les résultats obtenus par les différents expérimentateurs, quant au palier et à ses relations avec les deux autres périodes, sont loin d’être concordants. Cela tient surtout au manque d’uniformité des techniques employées.

Un essai par traction peut, en effet, se faire suivant deux méthodes différentes.

Dans la première, on impose à l'échantillon une charge croissante. On mesure les allongements ou bien on les enregistre. On obtient alors la courbe :

Al= f (AP), (1 = longueur ; P = charge)

C’est la méthode des laboratoires, dont l'application est aisée, quand il s'agit de faibles charges.

Dans la seconde méthode, dont les machines d'essai industrielles sont une application, c’est l'allongement qui est imposé. On mesure alors ou l’on enregistre la tension, et l’on a la courbe :

AP — f (AI) .

Pour que les graphiques soient susceptibles d’une interprétation rigoureuse, il est indispensable que la variable indépendante soit appliquée d’une façon continue.

Les premières expériences, ayant pour but l'étude des courbes de traction du fer, ont été effectuées par Ewing (1) d’après la première méthode. Les courbes données par cet auteur présentent la forme de la figure 15. Le palier y est simplement indiqué par un double point d’inflexion.

On trouve dans le mémoire d'Ewing les premières indications sur la suppression du palier, la surélévation de la limite d’élasticité et de la charge de rupture par déformation permanente. En maintenant pendant un certain

(1) Procedings of the Royal Society of London, vol. xxx. juin 1880.

RECHERCHES SUR LES ACIERS 5l

temps, sous une charge constante de 35 kilogrammes par millimètre carré, un fil dont la charge de rupture normale est de 37 kilogrammes par millimètre carré, on constate, quand on reprend l'essai à partir de 35 kilogrammes, que la rupture a lieu vers 40 kilogrammes avec un allongement total moindre que dans l'essai ininterrompu. Cet effet ‘de durcissement (hardening effect) aug-

mente d'ailleurs avec la durée pendant laquelle la charge a été maintenue constante.

Dans une deuxième série d'expériences, Ewing arrêtait encore l'essai à 35 kilogrammes, mais ramenait progressivement la charge de 35 kilogrammes à 0. En reprenant l’essai après un temps plus ou moins long, sous charge nulle, on obtenait une charge de rupture du même ordre que celle de l'expérience précédente, mais un allongement moindre. L'effet de durcissement est plus grand si l’on revient à la charge zéro.

Enfin, lorsque l'arrêt à 0 est nul, la courbe du second essai se trouve, à partir de la limite élastique, dans le prolongement de Ja première.

D’après Ewing, lorsqu'une charge est appliquée et maintenue constante, il se produit deux effets : d’une part, un allongement visqueux gra-

duel, d’abord rapide, puis lent, c’est l'effet de vis- . cosité (viscous effect) ; d'autre part, l'effet de durcissement qui, lui aussi, est plus grand au début.

Ces deux effets permettent, suivant l’auteur

d'expliquer les particularités que l'on constate

lorsqu'on fait varier la vitesse de charge.

Si l’effet de viscosité existait seul, sans effet de FIGURE 15. durcissement, une traction plus rapide donnerait une plus forte charge de rupture et un allongement moindre, car l'échantillon n'aurait pas le temps de prendre l'allongement et, par conséquent, la diminution de section propre à chaque charge. Si, au contraire, l'effet de durcissement existait seul, c'est dans les essais les plus lents que l’on aurait les plus fortes charges de rupture et les allongements les plus faibles.

D'après cela, les métaux pourraient être classés en deux groupes : ceux pour lesquels l'effet visqueux est grand relativement à l'effet de durcissement et qui, par conséquent, donneront une charge de rupture, d'autant plus grande et un allongement d'autant moindre que la charge est plus rapide: ce serait le cas du cuivre et de l’étain ; — ceux, comme le fer, pour lesquels l'effet de

durcissement est prépondérant et qui, par suite, doivent donner le résultat inverse.

Les recherches de M. Charpy (1) ont été effectuées à l’aide d’une machine d'essai. Les courbes oblenues sont donc représentalives de la fonction : aP — f(Al). A l'inverse d'Ewing, l’auteur considère le palier comme un phénomène brusque. Voici, en effet, ses conclusions :

« Dans le cas où le phénomène se produit, on obtient, non pas une sorte de « point d'inflexion allongé, mais une partie vérilablement rectiligne, raccordée « par des angles vifs. » (Fig. 16).

Pour les aciers au carbone, le palier se produit sous une charge d'autant plus élevée et sa longueur est d'autant plus faible que la teneur en carbone est plus élevée.

ad

D'après M. Charpy, ce palier brusque, que l’on ne trouve plus dans l'acier écroui ou trempé, serait l'indice d'un changement d'état. L'aspect du diagramme reste d'ailleurs le même, quand on fait varier la durée de l'essai de 1 à 10 minutes : seule, la charge correspondant au palier augmente très légèrement.

MM. Charbonnier et Galy-Aché (2) ont étudié suivant la même technique (machine d'essai) un fer ne contenant que 0,01 0/0 de carbone.

Leurs graphiques (Fig. 17) diffèrent encore des précédents par une partie descendante montrant que le palier est précédé d’une chute brusque de la tension. Le début de cette chute, indiqué par un point anguleux varie d'une expérience à l’autre.

D'après les auteurs, «ce point semble correspondre à quelque propriété « instable, et tout ce passe comme si la pression d'équilibre avait été dépassée. « ce phénomène de faux équilibre aurait son analogie dans les retards que

présentent certains phénomènes physiques ou chimiques : surfusion, sursaturation, etc. »

(1) — Bulletin Soc. Encouragement 1895 et 1896, ou C.R., t. 117 et t. 118. (2) Congrès international des méthodes d'essai (1900).

Au contraire le point de début du palier est d’une « constance remarquable » ; il indiquerait nettement le passage de la période élastique à la période des déformations permanentes.

Les auteurs retrouvent des résultats analogues à ceux d'Ewing et de M. Charpy, c'est-à-dire la diminution du palier par trempe et sa disparition par écrouissage du fer. Dans le second cas, le palier réapparaît au bout de quelques mois, ce qui n’a pas lieu avec la trempe. Ils constatent également une surélévation de la limite d'élasticité dans le cas où la charge, ayant dépassé celle

Chances

(anbonnuer ct Gal) er )

Clloraennemnts

du palier, est ramenée à zéro pendant plusieurs heures et reprise ensuite.

Ces phénomènes ont conduit MM. Charbonnier et Galy-Aché à penser égale-

ment que l'écrouissage du fer produit une transformation de la « nature

intime » de ce métal. On peut aussi admettre que ces effets résultent de la

rupture des cristaux, lesquels pourraient se reformer peu à peu sous charge

nulle et donner une nouvelle limite élastique.

(b) Températures élevées. — On doit à M. André Le Chatelier (1) les

premières observations relatives aux phénomènes singuliers présentés par le fer et les aciers au carbone, quand on les essaie à la traction à des températures supérieures à la température ordinaire.

M. A. Le Chatelier distingue à ce sujet trois régions dans l'échelle des températures : 1° de 15° à 80° ; 2° de 100° à 200° ; 3° au-dessus de 240. C'est dans la deuxième de ces régions que s’observent les faits les plus intéressants.

L'auteur en donne la description suivante :

FiGure 18.

« L'allongement, au lieu d’être continu comme pour tous les mélaux, se

(1) C: R. Ac. Sc., t. 109 (Année 1889).

fait par saccades (Fig. 18). On observe une série d'allongements brusques, d'amplitude assez variable, qui sont séparés par des intervalles pendant lesquels on ne peut percevoir le plus petit allongement. Ces allongements sont accompagnés de craquements dont la sonorité devient assez forte vers 150°. Le plus léger choc suffit à délerminer un de ces craquements. »

« J'ai observé ces allongements par saccades dans plus de 200 expériences et je les ai retrouvés aux mêmes températures dans tous les alliages de fer, même dans ceux qui n’en renferment que 2 à 3 0/0. Le degré de carburation du métal a une grande influence sur leur amplitude maxima qui dépasse rarement 2 o/o pour le fer fondu et, pour l'acier mi-dur, peut atteindre 6 0/0, soit 9/m pour un fil de 0" 15. J'ai vérifié, sur ce dernier acier, que ces allongement brusques ne sont pas localisés, mais se produisent simultanément

sur toute la longueur du fil en expérience. » ka Des observations analogues ont été faites par James Howard (1) qui a réuni sur un même graphique (Fig. 19) les courbes de traction obtenues à différentes températures avec un acier contenant 0,31 o/o de carbone et 0,57 0/0 de manganèse.

M. Charpy (2) s’est préoccupé également d'étudier

l’évolution de ces courbes sur un échantillon à 0,11 o/o de carbone et 0,70 o/o de manganèse. L'auteur ne

signale pas de saccades ;

FIGURE 19. il indique simplement que le palier diminue (Fig. 20)

en mème temps que la charge sous laquelle il se produit, lorsque la tempé-

rature s'élève : à 400°, le palier n'existe plus. Dans une autre série de recher-

ches (3), le même expérimentateur a pu observer, avec un acier contenant

(H) Loc: cit.

(2) Loc. cit.

(8) Bulletin de la Société d'encouragement, 1899.

0,09 o/o de carbone et 1 o/o 100083 de nickel, « une série de « variations brusques de la « pression (1) qui semblent

€ correspondre à des rup-

« tures partielles internes ». Éoe Le graphique obtenu est en tous points analogue à ceux 4000 qui ont été publiés par M. Le Blant dans le mémoire déjà cité (Fig. 21).

Les essais dus à ce der-

nier expérimentaleur ont

élé effectués sur les trois échantillons suivants :

Co/o Mn o/o NON LEP ME ER RES 0,06 0,36 ACLEL DER armee Le 0,29 0,78 ACIER Ces ct ho. 0,40 153

De ces essais, il résulte que les saccades sont d'autant plus nettes que l’acier est plus doux.

TOOL EE ne AE NET TZ

Les limites de température entre lesquelles elles sont observables dépendent de la composition de l'acier.

Ces limites sont : pour l'acier I, de 100° à 300° ; pour l’acier D, de 125° à 250° ; pour l'acier G, de 150° à 275°.

(1) Les expériences étaient effectuées à l’aide d’une machine d'essai.