Toutes les 14 propriétés mécaniques des matériaux avec des exemples

Quelles sont les propriétés mécaniques des matériaux ?

Les propriétés mécaniques des matériaux définissent le comportement des matériaux sous l'action de forces extérieures, appelées charges. Ils sont une mesure de la résistance et des caractéristiques durables d'un matériau en service et sont d'une grande importance dans la conception d'outils, de machines et de structures.

Les propriétés mécaniques sont sensibles à la structure en ce sens qu'ils dépendent de la structure cristalline et de son processus de liaison et spécialement de la nature et du comportement des imparfaits qui existent dans le cristal lui-même ou aux joints de grains.

Les propriétés mécaniques des matériaux les plus importantes et les plus utiles sont brièvement expliqués ci-dessous pour s'assurer que les lecteurs seront en mesure de choisir rapidement et judicieusement le matériau approprié pour un design donné.

1. Force

La force d'un matériau est sa capacité à être éprouvé et détruit sous l'action de charges extérieures. Le plus fort le matériau leplus grand la charge ça peut supporter. Il détermine donc l'aptitude d'un matériau à supporter des contraintes sans rupture. Puisque la force varie selon le type de chargement. Il est possible d'annuler les forces de traction, de compression, de cisaillement ou de torsion.

La contrainte maximale à laquelle tout matériau résistera avant destruction est appelée sa résistance ultime . La tendance d'un matériau est sa résistance ultime en tension.

2. Élasticité

Élasticité est que les propriétés mécaniques des matériaux en vertu desquelles la déformation causé par la charge appliquéedisparaît lors du retrait de la charge . En d'autres termes, l'élasticité d'un matériau est sa capacité à revenir à sa position d'origine après déformation lorsque la contrainte ou la charge est supprimée. L'élasticité est une propriété de traction du matériau.

• Limite proportionnelle :- C'est la contrainte maximale sous laquelle un matériau maintiendra un taux de déformation parfaitement uniforme. Même si cette valeur est difficile à mesurer, elle est utilisée dans des applications importantes telles que les instruments de précision, les ressorts, etc.
• Limite élastique :- La plupart des matériaux peuvent être sollicités légèrement au-dessus de la limite proportionnelle sans prendre de jeu permanent. La plus grande contrainte qu'un matériau peut supporter sans subir de déformation permanente est appelée limite élastique . Au-delà de la limite élastique, par conséquent, le matériau dans sa forme originale et un changement permanent se produit.
• Point de rendement :- À une certaine contrainte, les matériaux ductiles cessent particulièrement d'offrir une résistance aux forces de traction, c'est-à-dire qu'ils coulent et qu'un changement permanent relativement important se produit sans augmentation notable de la charge. Ce point est appelé point de rendement. Certains matériaux présentent une limite d'élasticité définie , auquel cas la limite d'élasticité ou la limite d'élasticité est simplement la contrainte en ce point. Acier doux en est un exemple.
• Contrainte de preuve :- La plupart des matériaux ductiles présentent une limite d'élasticité progressive et une autre mesure de la limite d'élasticité, généralement connue sous le nom de contrainte d'épreuve. Contrainte d'épreuve est défini comme la quantité de contrainte qu'un matériau peut supporter sans prendre plus qu'une petite quantité de prise, la mesure courante étant de 0,1 ou 0,2 % de la longueur de jauge d'origine .

3. Rigidité

La résistance d'un matériau à la déformation élastique ou à la déflexion est appelée rigidité ou rigidité . Un matériau qui subit une légère déformation sous charge a un degré élevé de raideur ou de rigidité. Par exemple, des poutres suspendues en acier et en aluminium peuvent toutes deux être suffisamment solides pour supporter la charge requise, mais l'aluminium "s'affaissera" ”ou dévier plus loin. En d'autres termes, la poutre en acier est plus rigide ou plus rigide que la poutre en aluminium.

Si le matériel respecte la loi de Hook, c'est-à-dire qu'il a une relation contrainte-déformation linéaire, sa rigidité est mesurée par le module d'Young E . Plus la valeur du module de Young est élevée, plus le matériau est rigide.

En traction et en compression, on l'appelle module de rigidité ou "module d'élasticité ”; en cisaillement, le module de rigidité , et cela correspond généralement à 40 % de la valeur du module de Young pour les matériaux couramment utilisés ; en distorsion volumétrique, le module de masse.

Le terme flexibilité est parfois utilisé comme le contraire de rigidité. Cependant, la flexibilité est généralement liée à la flexion ou à la flexion. Cela peut également impliquer l'utilisation de la flexion dans la gamme plastique.

4. Plasticité

La plasticité d'un matériau est sa capacité à subir un certain degré de déformation permanente sans rupture de rupture. La déformation plastique n'aura lieu qu'après le dépassement de la plage élastique.

La plasticité est importante dans le formage, le façonnage, l'extrusion et de nombreux autres processus de travail à chaud ou à froid. Matériaux tels que l'argile, le plomb. etc. sont en plastique à température ambiante et l'acier est en plastique lorsqu'il est à haute température. En général, la plasticité augmente avec l'augmentation de la température.

5. Ductilité

Ductilité est l'une des propriétés mécaniques d'un matériau qui lui permet de s'étirer en fil fin . L'acier doux est un matériau ductile. Le pourcentage d'allongement et la réduction de la surface en tension sont souvent utilisés comme mesures empiriques de la ductilité.

6. Malléabilité (propriétés mécaniques des matériaux)

Malléabilité d'un matériau est sa capacité à être aplati en feuilles minces sans se fissurer par travail à chaud ou à froid. L'aluminium, le cuivre, l'étain, le plomb, l'acier, etc. sont des métaux malléables.

Il est important de noter que certains matériaux peuvent être malléables et ductiles. Responsable par exemple, peut être facilement roulé et martelé en feuilles minces mais ne peut pas être étiré en fil. Bien que la ductilité et la malléabilité soient fréquemment utilisées de manière interchangeable, la ductilité est considérée comme une qualité de traction, tandis que la malléabilité est considérée comme une qualité de compression.

Les mots ductilité et malléabilité le rendent presque synonyme de maniabilité ou formabilité ce qui est clairement lié à la déformation plastique.

7. Résilience

La résilience est une propriété mécanique des matériaux qui a la capacité d'un matériau pour absorber les pertes d'énergie au retrait de la charge. L'énergie stockée est donnée exactement dans une chaîne si la charge est supprimée.

L'énergie maximale qui peut être stocké dans un corps de limite élastique s'appelle la résilience à l'épreuve , et la résilience à l'épreuve par unité de volume est appelé module de résilience . En d'autres termes, le module de résilience est défini comme la quantité d'énergie nécessaire pour contraindre le volume unitaire d'un matériau à sa limite proportionnelle. La quantité donne la capacité du matériau à s'user aux chocs et aux vibrations.

8. Robustesse

La résistance est une mesure de la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber avant qu'une rupture ou une rupture réelle ne se produise. Par exemple, si une charge est soudainement appliquée à un morceau d'acier doux puis à un morceau de verre, l'acier doux absorbera beaucoup plus d'énergie avant qu'une défaillance ne se produise. Ainsi, un acier doux est dit beaucoup plus résistant qu'un verre.

La ténacité d'un matériau est sa capacité à résister à la fois aux déformations plastiques et élastiques. C'est donc une qualité hautement souhaitable pour les pièces de structure et de machine qui doivent résister aux chocs et aux vibrations. L'acier au manganèse, le fer forgé, l'acier doux, etc. sont des matériaux résistants.

Le travail ou l'énergie qu'un matériau absorbe est parfois appelé module de ténacité. La ténacité est liée à la résistance aux chocs, c'est-à-dire à la résistance à la charge.

9. Dureté (propriétés mécaniques des matériaux)

Dureté est une propriété fondamentale qui est étroitement liée à la force. La dureté est généralement définie en termes de capacité d'un matériau à résister à une rayure, une abrasion, une coupure, une indentation ou une pénétration. Il est important de noter que la dureté d'un métal n'est pas directement liée à la trempabilité du métal.

De nombreuses méthodes sont maintenant utilisées pour déterminer la dureté des matériaux. Ce sont Brinell, Rockwell et Vickers .

10. Trempabilité

Trempabilité indique le degré de dureté qui peut être conféré au métal, en particulier à l'acier, par le processus de durcissement. Il détermine la profondeur et la répartition de la dureté induite par la trempe . La trempabilité d'un métal est déterminée par un test Jominy pour déterminer la dureté d'un métal du centre du métal à l'interface du métal. Le test Jominy (ISO 642:1999) consiste à chauffer une éprouvette de l'acier (diamètre 25 mm et longueur 100 mm) à une austénitisation température et trempe par une extrémité avec un Jet d'eau contrôlé et normalisé. On dit qu'un métal capable d'être durci dans toute sa structure a une trempabilité plus élevée.

11. Fragilité (propriétés mécaniques des matériaux)

La fragilité d'un matériau est la propriété de se casser sans grande déformation permanente. Il existe de nombreux matériaux qui se cassent ou échouent avant qu'une grande déformation ne se produise.

Ces matériaux sont fragiles, par exemple le verre, la fonte. Par conséquent, un matériau non ductile est dit être le matériau fragile.

Habituellement, la résistance à la traction des matériaux fragiles n'est qu'une fraction de leur résistance globale.

12. Usinabilité

Machinabilité n'est pas une propriété mécanique intrinsèque des matériaux, mais plutôt le résultat d'une interaction complexe entre la pièce et divers dispositifs de coupe actionnés à des vitesses différentes dans des conditions de lubrification différentes. En conséquence, l'usinabilité est mesurée de manière empirique, avec un résultat applicable uniquement dans des conditions similaires.

Cependant, en termes simples, c'est la facilité avec laquelle un métal peut être enlevé dans diverses opérations d'usinage. Une bonne usinabilité implique des résultats d'usinage satisfaisants.

L'usinabilité du métal est indiquée en pourcentage ce qui est l'indice d'usinabilité . Tous les métaux des machines sont comparés à une norme de base. Le métal standard utilisé pour un taux d'usinabilité de 100 % est l'acier de décolletage. Indice d'usinabilité des aciers au carbone varient généralement de 40 à 60 % et celle de la fonte de 50 à 80 %.

13. ramper

Le fluage est les propriétés mécaniques des matériaux. La déformation lente et progressive d'un matériau avec le temps à contrainte constante est appelé fluage . Le type le plus simple de déformation par fluage est le écoulement visqueux .

En fonction de la température, les contraintes sont même inférieures à la limite d'élasticité et provoquent certaines déformations permanentes. Il est le plus généralement défini comme une déformation dépendante du temps se produisant sous stress. Les métaux présentent généralement un fluage aux températures les plus élevées, tandis que le plastique, le caoutchouc et les matériaux amorphes similaires sont très sensibles à la température au fluage.

Il y a trois étapes de fluage. Dans le premier, le matériau s'allonge rapidement mais à une vitesse décroissante. Dans la deuxième étape, le taux d'allongement est constant. Au 3ème stade, le taux d'allongement augmente rapidement jusqu'à la rupture du matériau. La contrainte pour un taux de déformation spécifié à température constante est appelée résistance au fluage.

14. Fatigue (Propriétés mécaniques des matériaux)

La fatigue les propriétés d'un matériau déterminent son comportement lorsqu'il est soumis à des milliers, voire des millions de charges cycliques applications dans lesquelles la contrainte maximale développée à chaque cycle se situe bien dans la plage élastique du matériau. Dans ces conditions, une défaillance peut se produire après un certain nombre d'applications de charge, ou le matériau peut continuer à servir indéfiniment. Dans de nombreux cas, un composant est conçu pour donner une certaine durée de service sous un cycle de chargement spécifié; de nombreux composants de moteurs aéronautiques et à turbine à grande vitesse sont de ce type.

Il s'agissait donc de toutes les différentes propriétés mécaniques des matériaux ce qui est utile pour obtenir des informations sur le type de matériau à choisir en fonction des besoins.