Propriétés mécaniques des matériaux de construction

Pour finaliser le matériau d'un produit ou d'une application d'ingénierie, il est important de comprendre les propriétés mécaniques du matériau. Les propriétés mécaniques d'un matériau sont celles qui affectent la résistance mécanique et la capacité d'un matériau à être moulé en une forme appropriée. Certaines des propriétés mécaniques typiques d'un matériau comprennent :

• Résistance

• Ténacité

• Dureté

• Durabilité

• Fragilité

• Malléabilité

• Ductilité

• Fluage et glissement

• Résilience

• Fatigue

Résistance

C'est la propriété d'un matériau qui s'oppose à la déformation ou à la rupture du matériau en présence de forces externes ou de charges. Les matériaux que nous sélectionnons pour nos produits d'ingénierie doivent avoir une résistance mécanique suffisante pour pouvoir fonctionner sous différentes forces mécaniques ou charges.

Ténacité

C'est la capacité d'un matériau à absorber l'énergie et à se déformer plastiquement sans se rompre. Sa valeur numérique est déterminée par la quantité d'énergie par unité de volume. Son unité est le Joule/m3. La valeur de ténacité d'un matériau peut être déterminée par les caractéristiques contrainte-déformation du matériau. Pour une bonne ténacité, les matériaux doivent avoir une bonne résistance ainsi qu'une bonne ductilité.

Par exemple : les matériaux fragiles, ayant une bonne résistance mais une ductilité limitée, ne sont pas assez tenaces. De même, les matériaux ayant une bonne ductilité mais une faible résistance ne sont pas non plus assez tenaces. Ainsi, pour être tenace, un matériau doit être capable de résister à la fois à des contraintes et à des déformations élevées.

Dureté

C'est la capacité d'un matériau à résister à un changement de forme permanent en raison de contraintes externes. Il existe plusieurs mesures de la dureté – la dureté au rayure, la dureté à l'indentation et la dureté de rebond.

1. Dureté au rayure
   La dureté au rayure est la capacité des matériaux à s'opposer aux rayures de la couche superficielle externe en raison d'une force externe.

2. Dureté à l'indentation
   C'est la capacité des matériaux à s'opposer à l'indentation due au coup d'objets durs et pointus externes.

3. Dureté de rebond
   La dureté de rebond, également appelée dureté dynamique, est déterminée par la hauteur du "rebond" d'un marteau à pointe de diamant tombé d'une hauteur fixe sur le matériau.

Durabilité

C'est la capacité d'un matériau à acquérir de la dureté par traitement thermique. Elle est déterminée par la profondeur jusqu'à laquelle le matériau devient dur. L'unité SI de durabilité est le mètre (similaire à la longueur). La durabilité d'un matériau est inversement proportionnelle à sa soudabilité.

Fragilité

La fragilité d'un matériau indique dans quelle mesure il se fracture facilement lorsqu'il est soumis à une force ou à une charge. Lorsqu'un matériau fragile est soumis à une contrainte, il absorbe très peu d'énergie et se fracture sans déformation significative. La fragilité est l'inverse de la ductilité du matériau. La fragilité du matériau dépend de la température. Certains métaux qui sont ductiles à température normale deviennent fragiles à basse température.

Malléabilité

La malléabilité est une propriété des matériaux solides qui indique dans quelle mesure un matériau se déforme sous une contrainte de compression. La malléabilité est souvent catégorisée par la capacité d'un matériau à être formé en feuille fine par martelage ou laminage. Cette propriété mécanique est un aspect de la plasticité du matériau. La malléabilité du matériau dépend de la température. Avec l'augmentation de la température, la malléabilité du matériau augmente.

Ductilité

La ductilité est une propriété d'un matériau solide qui indique dans quelle mesure un matériau se déforme sous une contrainte de traction. La ductilité est souvent catégorisée par la capacité d'un matériau à être étiré en fil par tirage ou tréfilage. Cette propriété mécanique est également un aspect de la plasticité du matériau et dépend de la température. Avec l'augmentation de la température, la ductilité du matériau augmente.

Fluage et glissement

Le fluage est la propriété d'un matériau qui indique la tendance du matériau à se déplacer lentement et à se déformer de manière permanente sous l'influence de contraintes mécaniques externes. Il résulte d'une exposition prolongée à de fortes contraintes mécaniques externes, sans atteindre la limite d'élasticité. Le fluage est plus sévère dans les matériaux soumis à la chaleur pendant une longue période. Le glissement dans le matériau est un plan avec une forte densité d'atomes.

Résilience

La résilience est la capacité d'un matériau à absorber de l'énergie lorsqu'il est déformé élastiquement par l'application d'une contrainte et à libérer cette énergie lorsque la contrainte est supprimée. La résilience à la preuve est définie comme l'énergie maximale pouvant être absorbée sans déformation permanente. Le module de résilience est défini comme l'énergie maximale pouvant être absorbée par unité de volume sans déformation permanente. Il peut être déterminé en intégrant la courbe contrainte-déformation de zéro à la limite élastique. Son unité est le joule/m3.

Fatigue

La fatigue est l'affaiblissement d'un matériau causé par le chargement répété du matériau. Lorsqu'un matériau est soumis à un chargement cyclique, et que ce chargement est supérieur à une certaine valeur seuil mais bien inférieur à la résistance du matériau (limite de résistance à la traction ultime ou limite de contrainte de fluage), des microfissures commencent à se former aux joints de grains et aux interfaces. Finalement, la fissure atteint une taille critique. Cette fissure se propage soudainement et la structure se fracture. La forme de la structure affecte beaucoup la fatigue. Les trous carrés et les angles vifs conduisent à des contraintes accrues où la fissure de fatigue commence.

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