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Essai de traction des matériaux – courbe contrainte–déformation, limite d'élasticité et résistance à la traction

TechnologieGénie mécanique16–17 ansLaboratoire virtuel

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Une éprouvette métallique est fixée dans une machine de traction : faites glisser le curseur (ou cliquez sur Traction auto) pour augmenter l'allongement tandis que l'éprouvette s'étire, subit une striction puis se rompt. La courbe de la contrainte σ = F/S₀ en fonction de la déformation ε = Δl/l₀ se trace en temps réel, en repérant la limite élastique, la limite d'élasticité σ_ch et la résistance à la traction σ_b. Changez de matériau pour comparer l'acier doux CT38, l'acier C45, la fonte grise (fragile), l'alliage d'aluminium et le cuivre. L’écran Module d’Young reprend l’expérience de Searle : chargez un long fil, lisez l’allongement sur une vis micrométrique et le diamètre au palmer, tracez la charge en fonction de l’allongement avec le domaine élastique marqué et déduisez E du coefficient directeur.

Leçon : Matériaux mécaniques : propriétés mécaniques des matériaux — résistance, ductilité, dureté ; l'essai de traction et la courbe contrainte–déformation

Ce qu’elle montre

L’essai de traction est la méthode de référence pour mesurer la résistance et la ductilité d’un métal : force et allongement sont convertis en contrainte σ = F/S₀ et déformation ε = Δl/l₀, pour comparer des éprouvettes de tailles différentes. D’abord le métal suit la loi de Hooke σ = E·ε ; au-delà de la limite d’écoulement, il se déforme de façon permanente, s’écrouit, subit une striction et rompt. L’écran Module d’Young mesure E comme au laboratoire du lycée avec l’appareil de Searle : un long fil est chargé par étapes, le micromètre lit le faible allongement et E = (F/ΔL)·(L/A) se déduit de la partie droite, élastique, du graphe charge–allongement.

Mode d’emploi

Dans l’onglet Essai de traction, choisissez le Matériau de l'éprouvette et cliquez sur Traction auto, ou faites glisser le curseur Allongement, et suivez la courbe contrainte–déformation. Dans l’onglet Module d’Young (Searle), lisez le diamètre du fil au palmer, augmentez la Charge ajoutée pas à pas et cliquez chaque fois sur Noter la lecture. Utilisez le coefficient directeur des points élastiques, la Longueur du fil L et l’aire A = πd²/4 pour trouver E, et essayez le cuivre pour voir la limite d’élasticité.

Paramètres modifiables

  • Écran de départ Essai de traction, Module d’Young (Searle)
  • Matériau de l'éprouvette Acier CT38 (acier au carbone ordinaire), Acier C45 (acier au carbone de qualité), Fonte grise GX15-32 (matériau fragile), Alliage d'aluminium (duralumin), Cuivre pur (très ductile)
  • Diamètre de l'éprouvette d₀ 5–20 mm
  • Longueur initiale entre repères l₀ 50–200 mm
  • Vitesse de traction (déformation par seconde) 1–20 %/s
  • Écran module d’Young : matériau du fil Acier, Laiton, Cuivre
  • Écran module d’Young : fil d’essai Fil A (fin), Fil B, Fil C (épais)
  • Écran module d’Young : longueur L du fil 1–3 m

Questions à explorer

  1. Pourquoi trace-t-on la contrainte en fonction de la déformation plutôt que l'effort en fonction de l'allongement ?
  2. Lequel des cinq matériaux a le plus grand allongement à la rupture, et qu'est-ce que cela indique sur sa ductilité ?
  3. D'après les courbes, une pièce de machine soumise à des chocs doit-elle être en fonte grise ou en acier ?

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