ANALYSE DK LA QUALITÉ D'UN METAL

striction, cotte manière de compter ne représente plus la réalité des faits.

En effet, lorsque la pièce s'est rompue (fig. 03, III), c'est la section dans la partie étranglée S" qu'il importe de connaître; c'est par elle, et non pas par la section primitive, qu'il aurait fallu diviser la charge totale de rupture pour savoir quel était à ce moment l'effort unitaire (c'est-à-diro par mm-) supporté par le métal. Supposons que, u étant la section primitive, m" soit la section de striction.

Le rapport w" : w se nomme le coefficient de striction ; il est toujours plus petit que l'unité et il peut atteindre des valeurs assez faibles, 0,70, 0,60, 0,50 et même moins, ce qui veut dire qu'au moment de la rupture la section de striction est les 0,70, 0,00 ou 0,50 de la section primitive. L'effort unitaire de rupture doit être multiplié parle rapport inverse pour représenter ce qui se passe réellement dans la section étranglée. Ainsi, dans le cas précédent, supposons que 48 k. ait été obtenu en divisant la charge totale ayant amené la rupture par la section primitive; mais admettons qu'en mesurant l'étranglement S" on ait trouvé que le coefficient, de striction est égal à 0,70 ; alors pour avoir le véritable effort

unitaire de rupture il faudra diviser 48 par 0,70, ce qui donnera 0Hk,5, au lieu de 48 k.; cela prouve que le métal vaut, en réalité, beaucoup mieux qu'il ne paraissait.

Certains métaux ont la propriété de filer pendant longtemps avant de rompre et, par conséquent'd'avoir un coefficient de striction assez faible : tels sont les aciers doux, que l'on nomme quelquefois dès fers fondus'. Nous verrons plus loin pourquoi, grâce à cette qualité, ils sont très appréciés dans la construction ; au contraire des aciers durs ou trempés qui cassent sec, sans présenter de striction préalable notable, sont dangereux à employer (voir plus loin n° 126...).

(b) Conservation de la densité. — 11 est important de remarquer que, dans les diverses phases de l'allongement d'une barre soumise à un effort de traction, la densité du métal no varie pas sensiblement. Il résulte, en effet, d'expériences exécutées par M. Barba, au Creusot, que des échantillons pris après rupture auprès de la section contractée, et d'autres pris loin de cette section, dans la même barre d'épreuve,

ont, à près, la même densité qu avant la rupture.

§3. — Analyse de la qualité d'un métal

123. Ductilité. — (a) Allongement de striction. — L'existence d'une striction très prononcée indique un métal qui, avant de se rompre, s'est allongé considérablement. Pour comprendre cet effet détachons, par la pensée, dans la zone où se produira la striction, un cylindre d'une très petite longueur (/, par exemple) ; si w est sa section primitive, le volume de ce cylindre est v = h».

Après la striction, la longueur de ce cylindre AB est devenue V, tandis que sa section s'est réduite à son volume est v' — l'w'. Mais comme d'après l'expérience du Creusot la densité du métal n'a pas changé, il en résulte que les deux volumes sont égaux et que l'on a

wl = oj'/' d'où l'on déduit

-r = — • et / w

V — /, c'est l'allongement et par conséquent - '■ c'est

l'allongement proportionnel ou allongement de striction que les libres du métal ont pu prendre avant de rompre ; c'est bien ce rapport qui donne une mesure de la ductilité de la matière et, peut-être, conviendrait-il de le prendre comme coefficient de ductilité.

Pour certains aciers très doux, cet allongement de striction peut atteindre 100, 150 et même 200 pour 100.

Les métaux qui sont dans ce cas possèdent donc une sorte de plasticité qui fait qu'ils résisteront mieux que d'autres, qui seraient plus cassants, soit à des efforts imprévus, soit à des commencements d'altération ou de rupture. C'est ce qu'un exemple emprunté au remarquable mémoire de M. Considère (1) va faire comprendre.

(b) Effet d'une fissure dans un métal non ductile. —

Prenons une lame rectangulaire de tôle (fig. 04-11) sur le bord de laquelle nous aurons pratiqué en iJ une petite entaille transversale figurant une fissure ; exerçons maintenant, sur cette lame, une traction longitudinale.

Le lecteur fera facilement l'expérience avec une lanière de caoutchouc. Les stries 1, 2, 3. 'i... du caoutchouc (fig. 04) figurent assez bien des sections transversales normales à la fibre moyenne. Si la lanière est bien saine (fig. 04-1), en la tirant on constatera que les stries restent rectilignes et parallèles; elles s'écartent régulièrement et prennent les positions 1', 2'... indiquées en dessous; mais.si (fig. II), avec un canif, on pratique sur le bord, en ii, une fente transversale et si l'on exerce une traction, alors on voit la fente s'ouvrir et prendre à peu près la figure d'un demi-cercle ; les sec-

(i) « Fer et acier », par M. Considère, ingénieur en chef des ponts et chaussées. Annales des ponts et chaussées, 1883, I, page 574.

STAB. s

TENSION LONGITUDINALE SIMPLE. TRACTION ET COMPRESSION

tions telles que 1, 2, 3... qui, primitivement, étaient droites se sont recourbées et ont pris les positions et les figures courbes M, 2', 3', 4' de la fig. II située au dessous.

On constatera qu'une traction, même très faible, amènera dans ces conditions la rupture par déchirement. Cherchons à expliquer ce fait.

Si l'on considère le point 1' (fig. II) placé au fond de la fissure, la fig. 94 ùis-l fait voir, à plus grande échelle, que c'est l'élément lg de fibre transversale qui a dû fournir le

ir

! Vt

Fig. 94

fi' Cl

Fig. 94 bis.

bord lg' de l'échancrure et comme entre l'arc lg' et la flèche \g la différence est très grande, il en résulte que la fi bre transversale a dû subir, dans les environs du point I, fond de la fissure, un allongement proportionnel considérable , pour passer de la longueur lg à la longueur lg'. Par conséquent si la matière n'est pas ductile la fibre h? se rompra et, à sa suite, entraînera la rupture de toute la section.

(e) Effet d'un changement brusque de section ou d'un changement raccordé. — Si la bande de caoutchouc avait la forme de la fig. 94-HI, c'est-à-dire si elle présentait en i

un changement brusque de section, alors les sections transversales prendraient, par traction, les figures courbes l',2',3',... ; un effet analogue à celui que nous venons d'étudier se produirait : la fibre transversale avoisinant l'angle rentrant i subirait un allongement proportionnel considérable qui amènerait sa rupture, si la matière n'avait pas de ductilité.

Au contraire, (fig. 94 IV) imaginons que le changement de section soit obtenu par un congé tangentiel ai, en quart de cercle ; sous l'influence de la traction ce congé s'élargira et deviendra sensiblement elliptique, tout en restant tangentiel en i'. (Suivre maintenant sur la grande figure 94 Aïs II).

Le quart de cercle l'a sera devenu le quart d'ellipse IV qui a plus de longueur que lui ; mais au point dangereux, c'està-dire en 1', (voir fig. II) c'est l'arc de cercle infiniment petit l'g qui est devenu l'arc d'ellipse l'g' et, entre eux, la différence est petite au lieu d'être très grande, comme elle était entre l'arc et la corde dans la fig. I. Cest pourquoi l'allongement proportionnel n'aura pas besoin d'être considérable et la rupture sera moins à craindre.

(d) Avantages des métaux ductiles. — Cette discussion met en évidence les deux points suivants : 1° Si dans la masse d'une pièce métallique il y a un commencement d'altération, une fissure, et si le métal est sec et cassant cela pourra entraîner la rupture de toute la pièce ; au contraire si le métal est ductile le danger sera bien moindre.

2° Les changements de section ne doivent jamais être brusques; il faut les réaliser par des congés tangents à la pièce tout le long de la section la plus faible.

124. Classification des produits ferreux. — Les expériences faites par différents ingénieurs ont porté presque exclusivement sur le fer et sur l'acier qui sont les métaux dont l'emploi dans les constructions est, de beaucoup, le plus important. Aussi n'est-il pas inutile de donner ici quelques indications sur ces produits ferreux, afin de fixer d'une manière nette ce qu'on entend par fer et par acier.

Parmi tous ces produits ferreux l'acier est celui dont l'emploi exige de la part du constructeur le plus d'attention, à cause surtout de la trempe que peuvent prendre les pièces pendant qu'on les met en œuvre, et aussi des propriétés très différentes que présentent les aciers. Mais la métallurgie a fait dans ces dernières années des progrès extraordinaires et les usines bien outillées peuvent livrer, aujourd'hui, des aciers possédant la qualité que l'on désire. Le métal parfait serait celui qui posséderait à la fois une grande résistance de rupture et un fort allongement de striction.

Le tableau suivant donne les définitions qui ont été arrêtées par une commission internationale lors de l'Exposition de Philadelphie en 1876 :