Résistance à la traction expliquée :définitions clés, importance, types et exemples concrets

• σ =stress
• F =forcer
• A =zone

L'unité SI de résistance à la traction est MPa (N/mm2). Fondamentalement, la résistance est égale à la contrainte au point de rupture du matériau, et ce point de rupture peut être caractérisé par la force par unité de surface.

Quels sont les différents types de résistance à la traction ?

Il existe différents types de résistance à la traction, mais le terme peut désigner ce qui vous est le plus utile. Par exemple, les chiffres élaborés dans des conditions standard seront les plus utiles aux ingénieurs qui souhaitent comparer des formulations ou des lots de matériaux, ou à ceux qui tentent de déterminer si un matériau sera adapté à une tâche particulière. Les types les plus couramment utilisés sont la limite d'élasticité, la résistance ultime à la traction et la résistance à la rupture, et nous les examinerons un peu plus en détail ci-dessous.

1. Limite d'élasticité

Comme mentionné un peu plus haut, la limite d'élasticité est le point à partir duquel commence la déformation permanente (ou plastique) d'un matériau. Pour l’acier, c’est une fois qu’il a été déformé au-delà de sa limite proportionnelle, généralement considérée comme une ligne droite sur une courbe contrainte-déformation. Pour les matériaux sans limite d'élasticité distincte, comme l'aluminium, la limite d'élasticité est indiquée comme la contrainte qui coïncide avec une déformation de 0,2 %. Dans la plupart des cas, les pièces métalliques sont conçues pour maintenir les contraintes dans l'environnement de service en dessous de la limite d'élasticité. Dans le cas de matériaux très fragiles, comme la céramique, ceux-ci se briseront sous de très petites déformations et ne céderont pas du tout. D'autres matériaux, comme les élastomères, peuvent être étirés plusieurs fois par rapport à leur longueur d'origine sans se casser et ne présentent qu'une petite quantité de déformation permanente une fois la charge retirée.

2. Force de rupture

Également connue sous le nom de résistance à la rupture, elle fait référence au point auquel le matériau ne peut plus supporter de charge et se brise. Cela peut être considéré comme le point final d'une courbe contrainte-déformation, c'est-à-dire le point « ε " dans le diagramme de limite d'élasticité ci-dessus. Le point de rupture est également le point utilisé pour mesurer l'allongement total.

3. Force ultime

Il s’agit de la contrainte maximale qu’un matériau peut supporter avant de finir par se briser sous une charge de traction. Certains métaux subiront un écrouissage après avoir dépassé leur limite d’élasticité et continueront à se déformer à mesure que la contrainte augmente jusqu’à ce qu’ils atteignent la résistance à la traction ultime du matériau. Tous les matériaux, par exemple les plastiques, n'ont pas une résistance à la traction ultime bien définie.

Quel matériau a la résistance à la traction la plus élevée ?

Le matériau qui possède la plus grande résistance à la traction est le graphène. Le graphène a une résistance à la traction ultime d'environ 130 GPa, ce qui le rend plus résistant que les nanotubes de carbone, qui avaient jusqu'à récemment la résistance à la traction la plus élevée. Ces matériaux sont bien plus résistants que le métal élémentaire le plus résistant, le tungstène, qui a une résistance à la traction ultime de 0,98 GPa, ou que l'Inconel® traité thermiquement, légèrement plus résistant, avec une résistance à la traction ultime de 1,034 GPa. Il convient toutefois de noter que ni le graphène ni les nanotubes de carbone ne peuvent être produits en masse à moindre coût. 

Quel matériau a la plus faible résistance à la traction ?

Les plastiques ont tendance à avoir une résistance à la traction très faible par rapport aux métaux et à la céramique. Par exemple, le LDPE (polyéthylène basse densité) a une résistance à la traction de 10 MPa. Définir le matériau ayant la plus faible résistance à la traction est difficile, car les matériaux à faible résistance à la traction ont une application pratique limitée, en particulier pour les utilisations portantes. L’énumération de matériaux basée sur une faible résistance à la traction n’est pas une pratique courante. 

Quel appareil est utilisé pour mesurer la résistance à la traction ?

Un testeur de traction est utilisé pour mesurer la résistance à la traction d'un échantillon. Cette machine saisit l'éprouvette à chaque extrémité et lui applique une force de traction contrôlée, à un rythme constant.  La machine enregistre automatiquement les données sur la charge appliquée et le déplacement des pinces pour une analyse plus approfondie.

Pour en savoir plus, consultez notre article complet sur la machine d'essai de traction.

Quelles sont les applications de la résistance à la traction ?

La résistance à la traction est une propriété matérielle et n'a pas d'application.

Quels sont les facteurs qui peuvent affecter la résistance à la traction d'un matériau ?

La résistance à la traction peut être affectée par divers facteurs, tels que.

1. Température :La résistance à la traction d’un matériau diminue généralement lorsque sa température augmente. En dessous de la température ambiante, la plupart des matériaux deviennent légèrement plus résistants, mais ils deviennent également moins ductiles.
2. Écrouissage :Tout le concept du processus est de déformer plastiquement un matériau pour le rendre plus dur. En laminant, martelant, pliant ou étirant un métal, sa structure cristalline subit des changements microscopiques qui augmentent le rendement et la résistance à la traction ultime, tout en réduisant en même temps sa ductilité.
3. Additifs  : La fibre de verre ou de carbone ajoutée à un matériau peut augmenter la résistance à la traction des non-métaux, comme le nylon, par exemple.
4. Traitement thermique :Comme l'écrouissage, cela modifie également la microstructure d'un métal et, selon le type de traitement, peut entraîner soit une augmentation OU une diminution de la résistance à la traction.
5. Défauts :Les défauts de surface et internes peuvent réduire la résistance à la traction d'un matériau car ils créent des points faibles où des fissures peuvent commencer.

Quels sont les deux types de rupture de résistance à la traction ?

Il existe deux principaux types de rupture en traction :fragile et ductile.

1. Échec fragile

La rupture fragile se produit principalement avec des matériaux durs, comme la fonte. Le matériau ne se déformera pas beaucoup avant de se briser soudainement.

Pour en savoir plus, consultez notre article sur l'échec fragile

2. Rupture ductile

La rupture ductile est le principal mode de rupture en traction pour de nombreux aciers de construction et matériaux plus tendres, comme l'aluminium, et elle est progressive plutôt qu'instantanée. Une fois que le matériau commence à céder, la déformation plastique se poursuit, puis se localise, produisant un « col » qui sera le site de la séparation définitive du matériau.

Pour en savoir plus, consultez notre article sur la rupture ductile

Questions fréquemment posées sur la résistance à la traction

Quelle est la différence entre la résistance à la traction et la contrainte de traction ?

La contrainte de traction d'un matériau est la quantité de force par unité de surface qu'il subit en raison d'une charge de traction, mais la résistance à la traction est soit sa résistance à l'élasticité, sa résistance ultime ou sa résistance à la rupture.

Quelle est la différence entre la résistance à la traction et la limite d'élasticité ?

La résistance à la traction d’un matériau montre à quel point il peut résister aux charges de tension qui lui sont appliquées. Plusieurs paramètres de résistance à la traction spécifiquement définis sont précieux pour les ingénieurs :la limite d'élasticité, la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, et la résistance à la traction ultime, souvent appelée simplement « résistance à la traction », qui est la contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant que la rupture ne devienne inévitable.

Quelle est la meilleure résistance à la traction pour l'impression 3D ?

Lors de la conception de pièces imprimées en 3D, le matériau est sélectionné en fonction de l'application et non l'inverse. Cela dépend également du type de matériau ainsi que de la direction et de l’ampleur des charges. Par exemple, si une pièce est uniquement chargée en compression ou s’il s’agit d’un boîtier pour l’électronique (où les propriétés antistatiques et d’absorption de l’humidité sont plus importantes), alors la résistance à la traction n’a pas beaucoup d’importance. Si la pièce est exposée à des charges mécaniques, vous aurez certainement besoin de connaître sa résistance à la traction.

Par exemple, si vous concevez une pièce ABS imprimée en 3D, ce serait une erreur d’utiliser les propriétés normales de l’ABS. Le matériau d’impression 3D peut avoir une résistance à la traction inférieure à la résistance à la traction théorique du matériau basée sur la technologie d’impression 3D utilisée. De nombreuses fiches techniques de matériaux imprimés en 3D montreront les résistances à la traction dans différentes directions au sein du matériau (généralement dans les directions Z et XY). D'autres technologies d'impression 3D, telles que la SLM (fusion sélective au laser), produiront des pièces avec une structure isotrope, ce qui signifie que leurs propriétés sont égales dans toutes les directions.

Kat de Naoum

Kat de Naoum est une écrivaine, auteure, éditrice et spécialiste du contenu originaire du Royaume-Uni avec plus de 20 ans d'expérience en écriture. Kat a de l'expérience en matière d'écriture pour diverses organisations manufacturières et techniques et aime le monde de l'ingénierie. Parallèlement à l'écriture, Kat a travaillé comme parajuriste pendant près de 10 ans, dont sept dans le domaine du financement maritime. Elle a écrit pour de nombreuses publications, tant imprimées qu'en ligne. Kat est titulaire d'un baccalauréat en littérature anglaise et en philosophie, ainsi que d'une maîtrise en écriture créative de l'Université de Kingston.

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