14 Propriétés Mécaniques Clés des Matériaux : Guide Pratique

Qu'est-ce que les Propriétés des Matériaux ?

Une propriété d'un matériau est une propriété intensive de quelque matériau, c'est-à-dire une propriété physique qui ne dépend pas de la quantité du matériau. Ces propriétés quantitatives peuvent être utilisées comme métrique par laquelle les avantages d'un matériau versus un autre peuvent être comparés, aidant ainsi à la sélection des matériaux.

Une propriété peut être une constante ou peut-être une fonction d'une ou plusieurs variables indépendantes, comme la température. Les propriétés des matériaux varient souvent dans une certaine mesure selon la direction dans le matériau dans laquelle elles sont mesurées, une condition appelée anisotropie.

Les propriétés des matériaux qui se rapportent à différents phénomènes physiques se comportent souvent linéairement (ou approximativement) dans une plage de fonctionnement donnée. Les modéliser comme des fonctions linéaires peut significativement simplifier les équations constitutives différentielles utilisées pour décrire la propriété.

Les équations décrivant les propriétés de matériaux pertinentes sont souvent utilisées pour prédire les attributs d'un système.

Les propriétés sont mesurées par des méthodes d'essai standardisées. De nombreuses telles méthodes ont été documentées par leurs communautés d'utilisateurs respectives et publiées via Internet ; voir ASTM International.

Liste des Propriétés Mécaniques des Matériaux

Une description de quelques propriétés mécaniques et physiques communes fournira des informations que les concepteurs de produits pourraient considérer dans la sélection de matériaux pour une application donnée.

• Conductivité
• Résistance à la Corrosion
• Densité
• Ductilité/Malléabilité
• Élasticité/Rigidité
• Ténacité à la Rupture
• Dureté
• Plasticité
• Résistance, Fatigue
• Résistance, Cisaillement
• Résistance, Traction
• Résistance, Écoulement
• Ténacité
• Résistance à l'Usure

En développant ces définitions :

1. Conductivité

La conductivité thermique est une mesure de la quantité de chaleur qui traverse un matériau. Elle est mesurée comme un degré par unité de temps, par unité de surface de section transversale, par unité de longueur. Les matériaux avec une faible conductivité thermique peuvent être utilisés comme isolants, ceux avec une haute conductivité thermique peuvent être des dissipateurs de chaleur.

Les métaux qui présentent une haute conductivité thermique seraient des candidats pour une utilisation dans des applications comme les échangeurs de chaleur ou la réfrigération. Les matériaux à faible conductivité thermique peuvent être utilisés dans des applications à haute température, mais souvent les composants à haute température requièrent une haute conductivité thermique, donc il est important de comprendre l'environnement.

La conductivité électrique est similaire, mesurant la quantité d'électricité qui est transférée à travers un matériau de section transversale et de longueur connues.

2. Résistance à la Corrosion

La résistance à la corrosion décrit la capacité d'un matériau à prévenir l'attaque chimique ou électrochimique naturelle par l'atmosphère, l'humidité ou d'autres agents. La corrosion prend de nombreuses formes incluant la piqûre, la réaction galvanique, la corrosion sous contrainte, la décomposition, l'intergranulaire, et d'autres (beaucoup seront discutées dans d'autres éditions de la newsletter).

La résistance à la corrosion peut être exprimée comme la profondeur maximale en millièmes de pouce à laquelle la corrosion pénétrerait en un an ; elle est basée sur une extrapolation linéaire de la pénétration se produisant pendant la durée de vie d'un test ou service donné.

Certains matériaux sont intrinsèquement résistants à la corrosion, tandis que d'autres bénéficient de l'ajout de placages ou revêtements. Beaucoup de métaux qui appartiennent à des familles qui résistent à la corrosion ne sont pas totalement à l'abri, et sont encore sujets aux conditions environnementales spécifiques où ils opèrent.

3. Densité

La densité, souvent exprimée en livres par pouce cube, ou grammes par centimètre cube, etc., décrit la masse de l'alliage par unité de volume. La densité de l'alliage déterminera combien un composant d'une certaine taille pèsera.

Ce facteur est important dans des applications comme l'aérospatiale ou l'automobile où le poids est important. Les ingénieurs cherchant des composants à poids plus faible peuvent chercher des alliages moins denses mais doivent alors considérer le rapport résistance/poids.

Un matériau à densité plus élevée comme l'acier pourrait être choisi, par exemple, s'il fournit une résistance plus élevée qu'un matériau à densité plus faible. Une telle pièce pourrait être faite plus mince pour que moins de matériau puisse aider à compenser la densité plus élevée.

4. Ductilité/Malléabilité

La ductilité est la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement (c'est-à-dire s'étirer) sans se fracturer et retenir la nouvelle forme quand la charge est retirée. Pensez-y comme la capacité d'étirer un métal donné en un fil.

La ductilité est souvent mesurée en utilisant un essai de traction comme un pourcentage d'allongement, ou la réduction de la surface de section transversale de l'échantillon avant la rupture. Un essai de traction peut aussi être utilisé pour déterminer le Module de Young ou module d'élasticité, un rapport contrainte/déformation important utilisé dans de nombreux calculs de conception.

La tendance d'un matériau à résister à la fissuration ou la rupture sous contrainte rend les matériaux ductiles appropriés pour d'autres procédés de travail des métaux incluant le laminage ou le filage. Certains autres processus comme le travail à froid tendent à rendre un métal moins ductile.

La malléabilité, une propriété physique, décrit la capacité d'un métal à être formé sans se briser. La pression, ou contrainte de compression, est utilisée pour presser ou laminer le matériau en feuilles plus minces. Un matériau avec une haute malléabilité sera capable de supporter une pression plus élevée sans se briser.

5. Élasticité, Rigidité

L'élasticité décrit la tendance d'un matériau à revenir à sa taille et forme originales quand une force déformante est retirée. Contrairement aux matériaux qui présentent de la plasticité (où le changement de forme n'est pas réversible), un matériau élastique reviendra à sa configuration précédente quand la contrainte est retirée.

La rigidité d'un métal est souvent mesurée par le Module de Young, qui compare la relation entre la contrainte (la force appliquée) et la déformation (la déformation résultante). Plus le Module est élevé – signifiant qu'une contrainte plus grande résulte en une déformation proportionnellement moindre – plus le matériau est rigide.

Le verre serait un exemple de matériau rigide/à haut Module, où le caoutchouc serait un matériau qui présente une faible rigidité/faible Module. C'est une considération de conception importante pour les applications où la rigidité est requise sous charge.

6. Ténacité à la Rupture

La résistance à l'impact est une mesure de la capacité d'un matériau à résister à un choc. L'effet d'un impact sur une collision qui se produit dans une courte période de temps est typiquement plus grand que l'effet d'une force plus faible délivrée sur une période plus longue.

Donc, une considération de la résistance à l'impact devrait être incluse quand l'application inclut un risque élevé d'impact. Certains métaux peuvent performer acceptablement sous charge statique mais échouer sous charges dynamiques ou quand soumis à une collision. Au laboratoire, l'impact est souvent mesuré à travers un essai Charpy commun, où un pendule lesté frappe un échantillon en face d'une entaille en V usinée.

7. Dureté

La dureté est définie comme la capacité d'un matériau à résister à l'indentation permanente (c'est-à-dire la déformation plastique). Typiquement, plus le matériau est dur, mieux il résiste à l'usure ou la déformation. Le terme dureté se réfère donc aussi à la rigidité de surface locale d'un matériau ou sa résistance au rayage, abrasion ou coupe.

La dureté est mesurée en employant de telles méthodes que Brinell, Rockwell et Vickers, qui mesurent la profondeur et la surface de la dépression par un matériau plus dur, incluant une bille d'acier, un diamant, ou un autre pénétrateur.

8. Plasticité

La plasticité, le contraire de l'élasticité, décrit la tendance d'un certain matériau solide à maintenir sa nouvelle forme quand il est soumis à des forces de formage. C'est la qualité qui permet aux matériaux d'être pliés ou travaillés en une nouvelle forme permanente. Les matériaux passent du comportement élastique au plastique au point d'écoulement.

9. Résistance – Fatigue

La fatigue peut mener à la fracture sous des contraintes répétées ou fluctuantes (par exemple chargement ou déchargement) qui ont une valeur maximale inférieure à la résistance à la traction du matériel. Des contraintes plus hautes accéléreront le temps à la rupture, et vice versa, donc il y a une relation entre la contrainte et les cycles jusqu'à la rupture.

La limite de fatigue, alors, se réfère à la contrainte maximale que le métal peut supporter (la variable) dans un nombre donné de cycles.

Inversement, la mesure de la vie en fatigue maintient la charge fixe et mesure combien de cycles de charge le matériau peut supporter avant la rupture. La résistance à la fatigue est une considération importante lors de la conception de composants soumis à des conditions de charge répétitives.

10. Résistance – Cisaillement

La résistance au cisaillement est une considération dans des applications comme les boulons ou les poutres où la direction, aussi bien que la magnitude de la contrainte, est importante. Le cisaillement se produit quand des forces directionnelles causent la structure interne du métal à glisser contre elle-même, au niveau granulaire.

11. Résistance – Traction

Une des mesures de propriété de métal les plus courantes est la Résistance à la Traction, ou Résistance Ultime. La résistance à la traction se réfère à la quantité de charge qu'une section de métal peut supporter avant de se rompre. Dans les tests en laboratoire, le métal s'allongera mais reviendra à sa forme originale à travers la zone de déformation élastique.

Quand il atteint le point de déformation permanente ou plastique (mesuré comme Écoulement), il retient la forme allongée même quand la charge est retirée. Au point de Traction, la charge cause la fracture ultime du métal.

Cette mesure aide à différencier entre les matériaux qui sont fragiles de ceux qui sont plus ductiles. La résistance à la traction ou résistance ultime à la traction est mesurée en Newtons par millimètre carré (Mega Pascals ou MPa) ou livres par pouce carré.

12. Résistance – Écoulement

Similaire en concept et mesure à la Résistance à la Traction, la Résistance à l'Écoulement décrit le point après lequel le matériau sous charge ne reviendra plus à sa position ou forme originale. La déformation passe de l'élastique au plastique.

Les calculs de conception incluent le Point d'Écoulement pour comprendre les limites de l'intégrité dimensionnelle sous charge. Comme la résistance à la traction, la résistance à l'écoulement est mesurée en Newtons par millimètre carré (Mega Pascals ou MPa) ou livres par pouce carré.

13. Ténacité

Mesurée en utilisant l'essai d'impact Charpy similaire à la Résistance à l'Impact, la ténacité représente la capacité d'un matériau à absorber un impact sans se fracturer à une température donnée. Puisque la résistance à l'impact est souvent plus basse à basses températures, les matériaux peuvent devenir plus fragiles.

Les valeurs Charpy sont communément prescrites dans les alliages ferreux où les possibilités de basses températures existent dans l'application (par ex., plateformes pétrolières offshore, pipelines pétroliers, etc.) ou où le chargement instantané est une considération (par ex. confinement balistique dans des applications militaires ou aéronautiques).

14. Résistance à l'Usure

La résistance à l'usure est une mesure de la capacité d'un matériau à supporter l'effet de deux matériaux frottant l'un contre l'autre. Cela peut prendre de nombreuses formes incluant l'adhésion, l'abrasion, le rayage, le goujonnage, le grippage, et d'autres.

Quand les matériaux sont de dureté différente, le métal plus mou peut commencer à montrer les effets en premier, et la gestion de cela peut faire partie de la conception. Même le laminage peut causer de l'abrasion à cause de la présence de matériaux étrangers. La résistance à l'usure peut être mesurée comme la quantité de perte de masse pour un nombre donné de cycles d'abrasion à une charge donnée.

Autres Propriétés Mécaniques

• Fragilité : Capacité d'un matériau à se briser ou se fracturer sans déformation significative sous contrainte ; opposé de la plasticité, exemples : verre, béton, fonte, céramiques, etc.
• Module de compressibilité : Rapport de la pression à la compression volumique (GPa) ou rapport de l'augmentation de pression infinitésimale à la diminution relative résultante du volume
• Coefficient de restitution : Le rapport de la vitesse relative finale à initiale entre deux objets après leur collision. Plage : 0-1, 1 pour collision parfaitement élastique.
• Résistance à la compression : Contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant rupture en compression (MPa)
• Fluage : La déformation lente et graduelle d'un objet par rapport au temps. Si la contrainte dans un matériau dépasse le point d'écoulement, la déformation causée dans le matériau par l'application de charge ne disparaît pas totalement au retrait de la charge. La déformation plastique causée au matériau est connue comme fluage. À hautes températures, la déformation due au fluage est assez appréciable.
• Durabilité : Capacité à résister à l'usure, la pression, ou les dommages ; résistant à l'usure
• Limite de fatigue : Contrainte maximale qu'un matériau peut supporter sous chargement répété (MPa)
• Flexibilité : Capacité d'un objet à se plier ou se déformer en réponse à une force appliquée ; souplesse ; complémentaire à la rigidité
• Module de flexion
• Résistance à la flexion : Contrainte de flexion maximale qu'un matériau peut supporter avant rupture (MPa)
• Coefficient de frottement : La quantité de force normale à la surface qui se convertit en force résistant au mouvement relatif des surfaces de contact entre paire de matériaux
• Diffusivité massique : Capacité d'une substance à diffuser à travers une autre
• Coefficient de Poisson : Rapport de la déformation latérale à la déformation axiale (sans unités)
• Résilience : Capacité d'un matériau à absorber de l'énergie quand il est déformé élastiquement (MPa) ; combinaison de résistance et d'élasticité
• Glissement : Tendance des particules d'un matériau à subir une déformation plastique due à un mouvement de dislocation dans le matériau. Commun dans les cristaux.
• Module spécifique : Module par unité de volume (MPa/m³)
• Résistance spécifique : Résistance par unité de densité (Nm/kg)
• Poids spécifique : Poids par unité de volume (N/m³)
• Rigidité : Capacité d'un objet à résister à la déformation en réponse à une force appliquée ; rigidité ; complémentaire à la flexibilité
• Rugosité de surface : Les écarts dans la direction du vecteur normal d'une surface réelle par rapport à sa forme idéale
• Résistance à la traction : Contrainte de traction maximale qu'un matériau peut supporter avant rupture (MPa)
• Viscosité : Résistance d'un fluide à la déformation graduelle par contrainte de traction ou de cisaillement ; épaisseur
• Module de Young : Rapport de la contrainte linéaire à la déformation linéaire (MPa)

Propriétés Acoustiques

• Absorption acoustique
• Vitesse du son
• Réflexion du son
• Transfert du son
• Élasticité du troisième ordre (Effet acoustoélastique)

Propriétés Atomiques

• Masse atomique : S'applique à tous les éléments. La masse moyenne des atomes d'un élément mesurée en unité de masse atomique.
• Numéro atomique : S'applique aux éléments purs seulement
• Poids atomique : S'applique aux isotopes individuels ou mélanges spécifiques d'isotopes d'un élément donné

Propriétés Chimiques

• Résistance à la corrosion
• Hygroscopicité
• pH
• Réactivité
• Surface interne spécifique
• Énergie de surface
• Tension de surface

Propriétés Électriques

• Capacitance
• Constante diélectrique
• Rigidité diélectrique
• Résistivité et conductivité électrique
• Susceptibilité électrique
• Coefficient électrocalorique
• Électrostriction
• Polarisabilité magnétoélectrique
• Coefficient de Nernst (effet thermoélectrique)
• Permittivité
• Constantes piézoélectriques
• Pyroélectricité
• Coefficient de Seebeck

Propriétés Magnétiques

• Température de Curie
• Diamagnétisme
• Coefficient de Hall
• Hystérésis
• Magnétostriction
• Coefficient magnétocalorique
• Puissance thermoélectrique magnétique (coefficient d'effet magnéto-Seebeck)
• Magnétorésistance
• Perméabilité
• Piézomagnétisme
• Coefficient pyromagnétique
• Effet Hall de spin

Propriétés de Fabrication

• Aptitude au moulage : Avec quelle facilité un moulage de qualité peut être obtenu du matériau
• Indice d'usinabilité
• Vitesses et avances d'usinage

Propriétés Optiques

• Absorbance : Avec quelle force un chimique atténue la lumière
• Biréfringence
• Couleur
• Effet électro-optique
• Luminosité
• Activité optique
• Photoélasticité
• Photosensibilité
• Réflectivité
• Indice de réfraction
• Diffusion
• Transmittance

Propriétés Radiologiques

• Section efficace neutronique
• Activité spécifique
• Demi-vie

Propriétés Thermiques

1. Diagramme de phases binaire
2. Point d'ébullition
3. Coefficient de dilatation thermique
4. Température critique
5. Point de Curie
6. Température de transition ductile-fragile
7. Émissivité
8. Point eutectique
9. Inflammabilité
10. Point d'éclair
11. Température de transition vitreuse
12. Chaleur de vaporisation
13. Température d'inversion
14. Point de fusion
15. Conductivité thermique
16. Diffusivité thermique
17. Dilatation thermique
18. Point triple
19. Pression de vapeur
20. Capacité thermique spécifique

FAQ

Quelles sont les 7 propriétés des matériaux ?

Propriétés physiques des matériaux :

• Densité.
• Point de fusion.
• Conductivité thermique.
• Conductivité électrique (résistivité)
• Dilatation thermique.
• Résistance à la corrosion.

Quelles sont les propriétés des matériaux expliquées avec exemples ?

Les propriétés physiques font référence aux propriétés qui peuvent être observées ou mesurées sans changer la composition du matériau. Exemples incluent la couleur, la dureté et l'odeur et les points de congélation, fusion et ébullition. Les propriétés chimiques sont découvertes en observant les réactions chimiques.

Quelles sont les trois propriétés des matériaux ?

Les quatre propriétés du matériau sont la masse, la ténacité, la dureté et la malléabilité. Les matériaux se produisent dans la nature selon leur compacité. Le matériel est catégorisé en trois états communs dans lesquels ils sont présents, ils sont solide, liquide et gaz.

Quelles sont les 10 propriétés des matériaux ?

Une description de quelques propriétés mécaniques et physiques communes fournira des informations que les concepteurs de produits pourraient considérer dans la sélection de matériaux pour une application donnée.

• Conductivité.
• Résistance à la Corrosion.
• Densité.
• Ductilité/Malléabilité.
• Élasticité/Rigidité.
• Ténacité à la Rupture.
• Dureté.
• Plasticité.

Quels sont les 4 types de matériaux ?

Les matériaux sont généralement divisés en quatre groupes principaux : métaux, polymères, céramiques et composites.

Quelle propriété est commune parmi tous les matériaux ?

Propriétés mécaniques communes considérées dans une large gamme de matériaux sont la rigidité, la ténacité, la résistance, la ductilité, la dureté et la résistance à l'impact. Les propriétés mécaniques des matériaux ne sont pas constantes ; elles changent continuellement quand exposées à diverses conditions, comme la chaleur ou le taux de chargement.

Quelles sont les deux propriétés majeures des matériaux ?

Les propriétés importantes du matériau sont :

• Propriétés physiques : Inclut l'éclat, la couleur, la taille et la forme, la densité, l'élasticité et la conductivité thermique, et le point de fusion.
• Propriétés chimiques : Inclut la composition chimique, la structure, etc.
• Propriétés mécaniques.

Qu'est-ce qu'une propriété en termes de matériaux ?

En science, une propriété est tout ce qui décrit un matériau ou substance. C'est une caractéristique de ce matériau. Par exemple, à quel point le matériau est dur, sa couleur, ou sa forme. L'élasticité est une propriété du caoutchouc ; en d'autres termes : le caoutchouc est élastique.

Quels sont les matériaux, classez-les et écrivez deux propriétés des matériaux ?

Le matériau est la matière dont un objet est fait. C'est un terme relativement large à définir. Ils sont classés basés sur leurs propriétés. Ils ont des propriétés comme la dureté, la résistance, la rigidité, la conductivité thermique, la capacité thermique, la perméabilité, et le magnétisme, etc.

Quelles sont les cinq propriétés des matériaux métalliques ?

Les métaux sont brillants, malléables, ductiles, bons conducteurs de chaleur et d'électricité.

Quelles sont les propriétés structurales des matériaux ?

Les matériaux structuraux sont ceux qui portent la charge. Les propriétés clés des matériaux en relation avec le port de charge sont : module d'élasticité, limite d'élasticité, résistance ultime à la traction, dureté, ductilité, ténacité à la rupture, fatigue, et résistance au fluage.

Que sais-je sur les matériaux ?

Le matériau est une substance ou mélange de substances qui constitue un objet. Les matériaux peuvent être purs ou impurs, vivants ou non-vivants. Les matériaux peuvent être classés basés sur leurs propriétés physiques et chimiques, ou sur leur origine géologique ou fonction biologique.

Comment les propriétés des matériaux sont-elles liées à leurs utilisations ?

Qu'il y a une différence entre un objet et le(s) matériau(x) dont il est fait. Que différents matériaux ont différentes propriétés. Que les propriétés d'un matériau déterminent son adéquation pour une utilisation particulière. Les définitions des propriétés clés, par ex. absorbant et flexible.

Quelles sont les propriétés du tri des matériaux en groupes ?

Les objets sont groupés sur la base de propriétés comme l'éclat, dure/mou, transparence, solubilité, flottabilité, attraction vers l'aimant, conduction de la chaleur et conduction de l'électricité. Les matériaux peuvent être groupés comme brillants et non-brillants sur la base de la brillance/lustre qu'ils possèdent.

Quelles sont les cinq propriétés sur la base desquelles nous classons le matériau ?

Les cinq propriétés sur la base desquelles nous pouvons classer les matériaux sont :

• L'apparence des matériaux.
• La dureté et la mollesse des matériaux.
• La Solubilité.
• Transparence, Translucidité, et opacité.
• Le poids des matériaux sur l'eau.

Comment classez-vous les matériaux sur la base de leurs propriétés ?

Les matériaux solides ont été commodément groupés en trois classifications de base : métaux, céramiques et polymères. Ce schéma est basé principalement sur la composition chimique et la structure atomique, et la plupart des matériaux tombent dans un groupement distinct ou un autre, bien qu'il y en ait certains intermédiaires.

Quelles sont les propriétés fonctionnelles des matériaux ?

Les matériaux fonctionnels sont ceux qui possèdent des propriétés électroniques, magnétiques, optiques et piézoélectriques désirables pour des applications telles que la récolte et le stockage d'énergie, ainsi que les dispositifs de mémoire et de communication.

Quelles sont les propriétés des objets ?

Les propriétés de base d'un objet sont ces éléments identifiés par son nom en quatre parties (nom, type, instance, et version) et incluent aussi le propriétaire, le statut, la plateforme, et la version.

Comment expliquez-vous les matériaux à un enfant ?

Un matériau est toute substance qui a un nom. Par exemple : craie, papier, bois, fer, air, eau, argile, plastique, caoutchouc, pierre, cuir, cire. Tout est fait de matériaux. Quand nous voulons faire quelque chose, nous devons choisir le meilleur matériau pour le travail.

Quels sont les matériaux, classez-les Classe 6 ?

Le bois et le papier sont des matériaux non brillants. Le verre et le fer sont des matériaux brillants. Le verre est transparent, le papier est translucide et le bois et le fer sont des matériaux opaques. Le bois et le fer sont des matériaux durs et le papier et le verre sont des matériaux mous.

Quelle propriété d'un matériau a la capacité de conduire l'électricité ?

Les métaux sont généralement de très bons conducteurs, signifiant qu'ils laissent le courant circuler facilement. Les matériaux qui ne laissent pas le courant circuler facilement sont appelés isolants. La plupart des matériaux non-métalliques comme le plastique, le bois et le caoutchouc sont des isolants.

Quelle est la fonction du matériau ?

C'est aussi important que la fabrication, l'ingénierie et la finance. La fourniture de matériaux de qualité appropriée est essentielle pour la fabrication de produits standards. L'évitement du gaspillage de matériaux aide à contrôler le coût de production. La gestion des matériaux est essentielle pour tout type de préoccupation.