mécanique de la rupture _ rupture et environnement

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[email protected] 1 S.MERABTI minister de l’eseignement supérieur et de le recherche scientifique université de bechar Promotion : master 1 mécanique et énergétique Module : rupture mécanique Présenté par : MERABTI SOUFIANE

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Page 1: mécanique de la rupture _ Rupture et environnement

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1 S.MERABTI

minister de l’eseignement supérieur

et de le recherche scientifique

université de bechar

Promotion : master 1 mécanique et énergétique

Module : rupture mécanique

Présenté par :

MERABTI SOUFIANE

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INTRODUCTION

DEFINITION ENVIRONNEMENT

L'environnement est défini comme « l'ensemble des éléments (biotiques ou

abiotiques) qui entourent un individu ou une espèce et dont certains

contribuent directement à subvenir à ses besoins », ou encore comme

« l'ensemble des conditions naturelles (physiques, chimiques, biologiques) et

culturelles (sociologiques) susceptibles d’agir sur les organismes vivants et

les activités humaines ».

La notion d'environnement naturel, souvent désignée par le seul mot

« environnement », a beaucoup évolué au cours des derniers siècles et tout

particulièrement des dernières décennies. L'environnement est compris

comme l'ensemble des composants naturels de la planète Terre, comme l'air,

l'eau, l'atmosphère, les roches, les végétaux, les animaux, et l'ensemble des

phénomènes et interactions qui s'y déploient, c'est-à-dire tout ce qui entoure

l'Homme et ses activités — bien que cette position centrale de l'Homme soit

précisément un objet de controverse dans le champ de l'écologie.

RUPTURE ET ENVIRONNEMENT

C'est l'attaque destructive d'un métal par réaction chimique ou électrochimique

ou mécanique avec son environnement (variation de température, le vent , la

corrosion … etc ). Les propriétés mécaniques des matériaux sont altérées.

Objectif : ( étudier rupture environnement)

Pour étudier le rupture et environnement doit être examinée les phénomènes

suivant :

Fatigue – corrosion

Corrosion sous contraintes

Fluage

Fatigue thermique

Corrosion de contact.

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I- FATIGUE CORROSION :

La fatigue représente la tendance du métal à se fracturer sous l'action répétée

d'un cycle de contraintes. La fissuration apparaît normalement au-dessous de

la limite élastique.

La "corrosion sous fatigue" est une réduction de la résistance à la fatigue due

à la présence d'un milieu corrosif.

En eau de mer, les inox austénitiques ne conservent que 75 % de leur

résistance à la fatigue.

Les fissures sont généralement transgranulaires ; elles prennent naissance

grâce aux piqûres.

Prévention :

On retrouve les mêmes remèdes que pour la corrosion sous contrainte. On

peut aussi utiliser un revêtement Zn, Cr, Ni, Cu, par électrodéposition.

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II- CORROSION SOUS CONTRAINTE

Les actions simultanées de contraintes et d'un milieu corrosif produisent des

fissurations dans un métal. Les fissures sont intergranulaires ou

transgranulaires et se présentent souvent sous forme ramifiée.

II-1 Effets de contraintes

Les contraintes ont diverses origines : thermique, écrouissage résiduel,

soudage, charge appliquée, produits de corrosion (action de coin). Le

minimum de contrainte nécessaire dépend de la température, de la

composition de l'alliage et de l'environnement. Dans certains cas il ne faut

pas dépasser 10 % de la limite élastique.

Ce sont les contraintes de tension qui sont les plus dangereuses.

II-2 Effet du temps

la vitesse de fissuration est constante au démarrage du phénomène, mais elle

s'accélère très rapidement par suite de la diminution de la section.

II-3 Facteurs métallurgiques

La susceptibilité à la corrosion sous contrainte est affectée par la composition

chimique de l'alliage, l'orientation des grains, la composition et la distribution

des précipités.

L'observation faite sur les aciers au nickel est valable pour d'autres alliages,

mais il ne faut pas extrapoler abusivement et croire qu'un métal pur est

exempt de corrosion sous contrainte.

L'augmentation du pourcentage ferrite dans les aciers inox moulés améliore

la résistance à la corrosion sous contrainte. Des !lots de ferrite dans la

matrice austénitique bloquent la progression des fissures.

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Prévention

Abaissement des contraintes par : recuit ou relaxation des contraintes

résiduelles. Augmentation de la section ou réduction des charges.

Elimination de l'élément corrosif dans l'environnement.

Changer l'alliage. Par exemple utiliser l'Inconel (davantage de Ni)

quand le 304 n'est plus satisfaisant. L'acier ordinaire, bien que moins

résistant à la corrosion généralisée que l'acier inoxydable, est plus

résistant que celui-ci à la corrosion sous contrainte.

La protection cathodique est efficace quand la fissure se propage par

dissolution d'ions métalliques, mais il faut s'assurer qu'il n'y a pas

dégagement d'hydrogène, car l'effet de la protection cathodique

s'inverserait et deviendrait néfaste.

Utiliser des inhibiteurs (avec les réserves déjà précisées

antérieurement, c'est-à-dire utilisation suffisante d'inhibiteur pour

s'assurer qu'il n'y a pas possibilité de corrosion localisée ou piqûres).

Mise en compression de la surface par sablage.

III- FLUAGE :

Le fluage dans les matériaux métalliques consiste en une déformation plastique

continue dans le temps sous l’effet d’une contrainte appliquée à une certaine

température.

Cette déformation doit être prise en considération dès lors qu’un matériau est

soumis à une température supérieure à 0.4 Tf où Tf est la température de fusion

du matériau en degrés Kelvin.

Il existe deux types de fluage : le fluage rapide et le fluage lent.

a- Le fluage rapide :survient à des températures basses sous forte contrainte.

b- Le fluage lent :lorsque la rupture intervient à des températures élevées

(500 – 600°C) sous contrainte et au bout d'une durée relativement longue

(milliers d’heures), on parle de fluage lent.

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La réponse expérimentale ou courbe de fluage se décompose en trois phases plus

ou moins apparentes selon la nature du matériau et la température

Le fluage primaire : la vitesse de

déformation diminue, ce qui se

traduit par une augmentation de la

résistance du matériau.

Le fluage secondaire : la vitesse

de déformation du matériau est

relativement constante au cours du

temps.

Le fluage tertiaire : la vitesse de

déformation augmente rapidement

et est associée à l’apparition d’un

endommagement croissant allant

jusqu’à la ruine du matériau.

A basse température, les fluages

primaire et secondaire sont

prépondérants. A haute

température, le fluage secondaire

s’établit plus rapidement et le

tertiaire prend plus d’importance.

IV- FATIGUE THERMIQUE

La fatigue thermique des métaux fait référence à des ruptures générées par des

cycles de chargements thermiques avec des échauffements et des refroidissements

non homogènes. L’échauffement ou le refroidissement rapide d’une pièce

métallique induit de forts gradients thermiques dans la section de la pièce,

entraînant des dilatations et des contractions irrégulières. Les contraintes générées

peuvent aller jusqu’à plastifier le métal lorsqu’une zone chauffée tend à se dilater

alors qu’elle est bridée par une autre section plus épaisse et plus froide de la

pièce.

La fatigue thermique se différencie de la fatigue à température par son mode de

chargement. Les chargements cycliques en fatigue thermique sont dus aux

gradients de dilatation alors que dans le cas de la fatigue à température,

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les contraintes sont dues à des charges appliquées. Les deux modes de

sollicitations peuvent être superposés en cas de charges appliquées sous chocs

thermiques.

V- CORROSION DE CONTACT

La corrosion par contact survient quand des métaux de préciosité différente sont

en contact étroit. Par exemple quand une vis en acier inoxydable est vissée sur

une tôle d'acier zingué. Le métal le plus précieux stimule ensuite la corrosion (la

rouille). Un phénomène dit de corrosion par contact survient. La condition pour

ce processus est un milieu corrosif entre les deux métaux, par ex. de l'eau ou

simplement l'humidité ambiante normale.

Prévention

lubrification (une huile très fluide est préférable à une graisse)

augmenter la dureté des surfaces en contact

absorber les vibrations par des joints

augmenter les surfaces en contact par un polissage soigné, (charge mieux

répartie), un serrage important (frettage) et par utilisation de produits

spéciaux qui remplissent les cavités et augmentent les surfaces en contact.

(résines anaérobies du type LOCTITE).

CONCLUSION

Le rupture environnement rupture aléatoire , donc le prévention à

partir de cette rupture c’est pas facile , il faut mettez beaucoup

précautions pour évité tout les problème de rupture environnement.