Choisir le bon alliage métallique : considérations clés sur la résistance pour concepteurs de produits

Quel est le métal (ou alliage métallique) idéal pour mon projet ?

Les concepteurs de produits posent couramment cette question pendant la phase de développement de produit. Et bien que de nombreux facteurs contribuent au succès d'un alliage métallique pour un projet de développement de produit, les propriétés mécaniques de l'alliage (comme la résistance du métal) arrivent en tête de liste.

La résistance du métal décrit la capacité d'un métal à résister à la déformation (et à la rupture) sous l'action de différentes forces (ou conditions de chargement). Cependant, il existe différents types de résistances des métaux et plusieurs métriques pour les mesurer. Ici, nous discutons de tout ce que vous devez savoir sur la résistance des métaux et les tableaux de résistance des métaux.

Comprendre les différentes conditions de chargement

Pour comprendre ce que la résistance des métaux implique, nous devons d'abord discuter de la façon dont les matériaux réagissent au chargement dû aux forces appliquées ou au mouvement. La Figure 1 est une illustration d'une tige typique subissant les différents types fondamentaux de chargement.

En chargement compressif, deux forces égales tendent à pousser sur la tige dans des directions opposées, la compactant. Comme le chargement compressif, le chargement en traction comporte aussi deux forces agissant dans des directions opposées. Cependant, les forces en traction tendent à tirer la tige.

Le chargement en flexion se produit quand deux forces (de même direction) agissent sur la tige à distance. En contraste, le chargement en cisaillement comporte des forces appliquées coplanaires avec la section transversale de la tige — ce qui signifie qu'elles agissent tangent à l'axe de chargement conventionnel.

Quel que soit le type de chargement agissant sur cette tige, les effets de ces forces externes sur cette tige peuvent être estimés en utilisant deux paramètres clés — contrainte (stress) et déformation (strain).

Que sont la contrainte et la déformation ?

La contrainte est la magnitude d'une force externe agissant sur la surface de section transversale d'un corps. En contraste, la déformation décrit la quantité de déformation expérimentée par le corps dans la direction de cette force.

Regardez-le ainsi. Disons que vous appliquez une magnitude prédéterminée de force de traction sur la section transversale circulaire d'une tige en aluminium. Dans un tel scénario, vous soumettez la tige à une contrainte de traction et causez des forces internes entre les particules de la tige. En résultat, cette force interne cause l'étirement et la déformation progressives des particules de la tige — ce qui décrit la déformation.

En supposant que vous continuez d'augmenter la force de traction (ou contrainte), vous remarqueriez que la quantité de déformation augmente jusqu'à ce que le matériau échoue ou se brise finalement. Le comportement de la tige avant qu'elle n'échoue dépend des différents types de résistance du métal qu'elle possède.

Quels sont les types de résistance ?

La Figure 2 est une représentation graphique montrant comment une pièce métallique réagirait à une contrainte de traction avant d'échouer.

1. Limite d'élasticité (Yield Strength)

La limite d'élasticité (yield strength) fait référence à la résistance maximale qu'un métal peut supporter avant une déformation plastique — ce qui signifie un changement permanent de la forme du métal sans fracture.

2. Résistance à la traction ultime (Ultimate Tensile Strength)

La résistance à la traction ultime (aussi appelée résistance à la traction) est la contrainte de traction maximale que le métal peut supporter avant d'échouer (ou de se fracturer). Vous pouvez évaluer la résistance à la traction d'un métal en utilisant une machine d'essai de traction.

La machine d'essai de traction comporte deux pinces en coin qui maintiennent fermement une pièce métallique aux deux extrémités. La machine tire lentement dans le sens de la longueur sur la pièce pendant le processus d'essai jusqu'à ce que la pièce se fracture. La quantité de force de traction (ou contrainte) appliquée au métal et l'allongement sont mesurés tout au long de l'essai pour déterminer les limites d'élasticité et résistances à la traction ultime de la pièce métallique.

Le Tableau 1 présente la limite d'élasticité et la résistance à la traction de différents métaux courants que vous pourriez considérer pour votre projet de développement de produit. Ces valeurs ont été déterminées à partir d'une série d'essais de traction sur différents métaux.

Tableau 1 : Tableau de résistance des métaux

Mais la résistance d'un métal n'est pas limitée à la limite d'élasticité et à la résistance à la traction.

Autres types de résistance des métaux

Résistance à la compression : décrit la contrainte de compression maximale qu'une pièce peut supporter avant d'échouer ou de se fracturer. Vous pouvez évaluer la résistance à la compression en utilisant une machine d'essai de compression — qui est assez similaire à l'appareil d'essai de traction sauf que l'appareil de compression comprime la pièce.

Résistance à l'impact : décrit la capacité d'un métal à supporter des charges soudaines et vives sans fracture (ou échec). Elle est normalement exprimée en termes de quantité d'énergie que le matériau peut absorber avant la fracture et peut être déterminée en utilisant la machine d'essai d'impact.

La machine d'essai d'impact comporte un pendule qui frappe une pièce métallique avec une force prédéterminée jusqu'à ce qu'elle se fracture. La quantité d'énergie que le métal peut résister avant d'échouer est déterminée comme la résistance à l'impact du métal.

Résistance au cisaillement : décrit la charge de cisaillement maximale qu'un métal peut supporter avant d'échouer en cisaillement.

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Choisir un métal idéal pour votre composant : Gensun peut aider

Maintenant que vous comprenez ce que la résistance du métal implique, vous conviendrez que choisir un métal capable de supporter les différentes conditions de chargement que votre produit (ou pièce) subira est essentiel. Cependant, en plus de choisir un métal idéal, vous devez aussi vous assurer que vos pièces métalliques sont usinées avec précision et exactitude en utilisant des technologies de fabrication de pointe.

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