Résistance à la traction : Déterminer la résistance et la durabilité d’un matériau

Sélectionner les matériaux adéquats pour les processus de fabrication peut représenter un certain défi. Cependant, parmi de nombreux facteurs à considérer, la résistance et la durabilité devraient définitivement être prioritaires.

C’est pourquoi la résistance à la traction est une mesure critique. Dans cet article, nous examinerons la définition de la résistance à la traction, ainsi que d’autres éléments critiques que vous devez connaître sur cette mesure.

Comprendre la Résistance à la Traction

Alors, pour commencer, qu’est-ce que la résistance à la traction ?

Dans son sens le plus simple, la résistance à la traction est le plus haut niveau de contrainte qu’un matériau peut subir avant de commencer à voir des changements dans sa structure générale.

Au fil des ans, les développements dans les processus de fabrication ont conduit à l’utilisation de différents matériaux – chacun avec ses avantages et inconvénients. Cependant, être capable d’asseoir qu’un matériel est assez résistant pour l’application requise est très important. Avec la résistance à la traction, vous êtes en mesure de déterminer la durabilité et la résistance d’un matériau.

Également connue sous le nom de contrainte de traction ou résistance à la compression, cette mesure est exprimée en unités qui prennent en compte la force contre une zone unitaire spécifique. Dans une section ultérieure, nous examinerons de plus près l’unité de résistance à la traction.

Quand un matériau en tension subit l’impression de force, il développe des forces internes qui résistent à la charge qui vient d’être appliquée. Une augmentation de la force externe provoquera l’étirement du matériau, augmentant ainsi également la contrainte au sein du matériau. Cela se poursuit jusqu’à un point maximum, lorsque le matériau est déformé et ne pourra plus récupérer ses propriétés physiques. C’est ici que la résistance à la traction est maximisée.

Au-delà de ce point, vous pourriez voir le matériau subir un étranglement ou même une rupture complète. Ainsi, comprendre la signification de la résistance à la traction est plus qu’important si vous espérez optimiser la fonctionnalité globale d’un matériau.

Comme vous pouvez l’attendre, la résistance à la traction de différents matériaux variera considérablement. Par exemple, la résistance à la traction de l’acier différera de celle du béton et de celle de l’aluminium. Et ainsi de suite.

De ce fait, il est également important de réaliser un test de résistance à la traction pour comprendre où se situe votre matériau spécifique. Un matériau avec une haute résistance à la traction sera utile pour différents usages, ce que nous examinerons également dans une section ultérieure.

La Formule de la Résistance à la Traction

Maintenant que nous avons clarifié la définition de la résistance à la traction, examinons comment calculer la résistance à la traction elle-même. Bien que vous puissiez toujours réaliser un test de résistance à la traction, l’une des meilleures façons de procéder est de compléter la formule de résistance à la traction.

En termes simples, la formule pour obtenir cette mesure est la suivante :

Résistance à la Traction = Charge Maximale (Force) / Section Transversale

Où :

• Charge Maximale (Force) est le niveau le plus élevé de force qui est appliqué au matériau alors que le test est en cours.
• Section Transversale est la zone de section transversale initiale du matériau qui a été utilisée pour le test, perpendiculaire à la direction de la force appliquée. Dans la plupart des cas, cette mesure est exprimée en pouces carrés, centimètres carrés, etc.

Facteurs Affectant la Résistance à la Traction

En général, divers facteurs peuvent affecter la résistance à la traction d’un matériau. Ces facteurs peuvent être internes – liés au matériau lui-même – ou externes sous forme d’effets environnementaux. Cependant, une compréhension claire de ces facteurs devrait vous aider à savoir comment ils interviennent :

• Composition du Matériau : Tout d’abord, il est important de considérer la composition chimique du matériau lui-même. C’est principalement pourquoi vous voyez des différences dans la résistance à la traction de l’aluminium et celle de la fibre de carbone, par exemple. Différents matériaux et alliages se combinent facilement, et leurs compositions uniques signifient qu’ils auront également des variations dans la résistance à la traction.
• Microstructure : Ensuite, vous voudrez considérer la microstructure du matériau. Cela inclura des éléments comme l’arrangement, la taille des grains, et plus encore. Les matériaux à haute résistance à la traction tendent à être ceux avec des microstructures à grains fins, tenez donc compte de cela dans vos calculs de résistance à la traction.
• Température Ambiante : La température extérieure joue également un rôle majeur dans la détermination de cette mesure. Par exemple, lors du calcul de la résistance à la traction du titane, vous pourriez constater que la mesure augmente lorsque les températures sont plus élevées – une conséquence directe de l’effet d’adoucissement. Mais, gardez à l’esprit que le contraire pourrait facilement être le cas.
• Taux de Déformation du Matériau : Ce facteur décrit le taux auquel la force externe elle-même est appliquée au matériau. À mesure que les taux de déformation diffèrent, les matériaux pourraient facilement afficher différentes lectures de résistance à la traction.
• Procédé de Fabrication : Comme vous pouvez l’imaginer, les conditions globales de fabrication peuvent également avoir un effet. Par exemple, vous pourriez constater que la résistance à la traction du bois réduit après que des processus de raffinage supplémentaires aient été effectués sur celui-ci.
• Les Défauts de Surface :Les égratignures, fissures et autres défauts de surface pourraient significativement affecter la résistance à la traction globale d’un matériau à long terme.
• Direction de Chargement : Un autre facteur critique à considérer sera la direction dans laquelle la force elle-même est appliquée. Cela, par rapport à la structure granulaire du matériau, s’avérera utile dans vos calculs globaux.
• Ecrouissage : Si votre processus de fabrication pour des matériaux comme comprendra l’écrouissage, alors vous pourriez voir des changements dans la résistance à la traction du plastique également. Très probablement, la mesure augmentera à mesure que le processus d’écrouissage est mis en œuvre.

Quels sont les différents types de résistance à la traction ?

Ainsi, depuis le début, nous comprenons que la résistance à la traction est le nom général donné à la capacité d’un matériel à résister à la pression sans nécessairement se déformer. Cependant, selon le contexte, vous pourriez parler de l’un des types de résistance à la traction suivants :

Résistance à la Traction Ultime

La résistance à la traction ultime est probablement ce que la plupart des gens entendent par résistance à la traction. Elle représente la plus grande quantité de stress pouvant être imposée à un matériau avant qu’il ne se brise ou subisse une autre forme de déformation.

Avec la résistance à la traction ultime, vous regardez le point culminant sur la courbe contrainte-déformation, et la zone où le matériau cède finalement.

Résistance Élastique

En termes de résistance élastique à la traction, vous faites référence au moment où un matériau commence à subir une déformation sans connaître une augmentation correspondante du poids de charge.

Pour certains matériaux, un point est atteint lorsqu’ils passent d’une déformation élastique à une déformation plastique. Au moment où cela se produit, vous avez essentiellement votre lecture de la résistance élastique. Ainsi, lorsque vous voyez une comparaison entre résistance à la traction et résistance élastique, vous comprenez à quoi il est fait référence.

Résistance à la Preuve

Vous devriez également être familier avec la résistance à la preuve. Cette mesure est assez similaire à la résistance élastique, bien qu’elles diffèrent en ce que la résistance à la preuve n’est pas universelle.

La résistance à la preuve se réfère au point où un matériau atteint un niveau spécifique de déformation plastique. Par exemple, un matériau avec une résistance à la preuve de décalage de 0,3% signifie essentiellement que c’est le point où il montre une déformation permanente de 0,3% lorsque la force lui est appliquée.

Dans la plupart des cas, la résistance élastique est utilisée pour référer à des matériaux comme les métaux, où le terme de “contrainte de preuve” peut être confondu avec “résistance élastique”.

Résistance à la Traction à la Rupture

Vous pourriez également voir certains experts faire référence à la résistance à la traction à la rupture – qui est essentiellement le point exact où un matériau se brise lors du test de résistance à la traction.

Module de Traction ou Module de Young

Dans la comparaison entre module de traction et résistance à la traction, il convient de noter que le module de Young n’est pas nécessairement une classification de la résistance à la traction. Cependant, il a beaucoup d’importance lors de l’examen du comportement global à la traction.

Ici, vous disposez d’une mesure qui examine la raideur générale d’un matériau et sa capacité à se comprimer ou s’allonger lorsque des forces lui sont appliquées.

Avec chacun de ces types, vous êtes en mesure d’obtenir de meilleures perspectives sur le comportement des matériaux lorsqu’ils sont soumis à des forces. Et, chez KDM Fabrication, nous prenons grand soin de les considérer tous lors du traitement de différents matériaux.

Unités de résistance à la traction

Comme pour toute autre mesure, vous avez besoin d’une unité de résistance à la traction pour comprendre comment représenter vos chiffres. Et, c’est l’un de ces domaines où les choses ont tendance à devenir un peu compliquées. Il existe plusieurs unités de résistance à la traction, et vous devez comprendre chacune spécifiquement.

• Libres par Pouce Carré (psi): L’unité psi est principalement utilisée aux États-Unis – ainsi que dans d’autres pays qui s’appuient sur le système de mesure impérial pour représenter les nombres.
• Kilopascals (kPa): Vous pourriez penser que le kPa est principalement affilié à la pression. Cependant, dans les pays qui utilisent le système métrique, il est effectivement appliqué pour représenter la résistance à la traction.
• Mégapascals (MPa): Également utilisé dans les systèmes métriques, le MPa est spécialement appliqué dans la science des matériaux et l’enregistrement en ingénierie.
• Newtons par Millimètre Carré (N/mm²): Une autre unité de résistance à la traction, celle-ci est parmi les variantes moins populaires.
• Atmosphères (atm): Également moins courante, cette unité de résistance à la traction fonctionne dans certains contextes spécifiques.
• Bars (bar): Parmi les unités de résistance à la traction, le bar fonctionne également dans des scénarios spécifiques.

Rappelez-vous – lors de la manipulation de données pour cette mesure, utiliser la bonne unité et mesure contribue grandement à rendre votre travail plus net.

Comment déterminer la résistance à la traction d’un matériau

Lorsqu’il est temps de déterminer la résistance à la traction d’un matériau, vous souhaitez la faire tester. Les tests de résistance à la traction normalisés – ou, si vous voulez, le test de tension – vous permettent de comprendre correctement la réponse d’un matériau aux forces appliquées et aux stimuli externes.

Généralement, le processus se déroule ainsi :

Préparation de l’échantillon

Comme attendu, vous commencez par tester l’échantillon lui-même. Préparez-le dans la bonne taille et forme, selon les protocoles de test établis et les autres normes pertinentes.

Selon la situation, l’échantillon pourrait être un fil, une barre, une bande, une feuille, etc. Tant que vous avez le bon type de matériel et l’application, vous ne devriez pas avoir de problème.

Montage de l’échantillon

Une fois l’échantillon préparé, montez-le soigneusement dans la machine de test de traction. La machine est équipée de pinces qui fonctionnent aux deux extrémités de l’échantillon, le tenant fermement pendant que le test de résistance à la traction en acier au carbone est en cours.

Il est également important de calibrer la machine à zéro pour obtenir les bonnes lectures. Votre calibration établira le point de référence pour la force, ainsi que vous permettra de prendre correctement les lectures de déformation du matériel.

Application de la force de traction

Une fois en marche, la machine est faite pour appliquer un niveau constant de force de traction au matériau. Cette force augmentera progressivement, l’augmentation étant surveillée et constante dans le temps. Gardez également à l’esprit que la force devrait être appliquée axialement, étirant essentiellement l’échantillon sur sa longueur.

Enregistrement de la charge et de l’allongement

Dans le cadre du test global, la machine devra prendre deux mesures importantes – la force appliquée et le niveau d’allongement de l’échantillon. Il est important de maintenir ces deux métriques, afin que vous puissiez les suivre et faire votre courbe de contrainte-déformation.

Calcul de la résistance à la traction

Avec la courbe contrainte-déformation prête, vous pouvez prendre des mesures et déterminer la résistance à la traction globale. Obtenez le point culminant sur la courbe, et vous pouvez trouver votre résistance à la traction.

De plus, rappelez-vous que vous pouvez toujours étayer ces calculs avec la formule mathématique

Résistance à la limite d’élasticité

Ce n’est pas nécessairement obligatoire, mais vous pourriez remarquer que le matériau présentera également un point de rendement clair sur la courbe. Si tel est le cas, alors vous serez très probablement en mesure de déterminer la résistance à la limite d’élasticité également.

Analyse et rapport

Finalement, analysez les données que vous avez obtenues pour comprendre le comportement mécanique global du matériau. Souvenez-vous que les matériaux présentent des lectures différentes, donc la résistance à la traction du verre ne sera pas la même que celle du bambou, par exemple.

Documentez tout ce que vous avez, et vous êtes prêt à partir.

Évaluations typiques de résistance à la traction

La résistance à la traction peut être un peu difficile à gérer. Cependant, en comprenant certaines des notations matérielles standard, vous devriez pouvoir prendre des décisions plus rapides sur la sélection des matériaux :

La résistance à la traction est-elle la meilleure mesure de la durabilité des matériaux ?

Lorsqu’il s’agit de mesurer la résistance d’un matériau, il est important de noter qu’il existe plusieurs mesures à prendre en compte. Les exemples de résistance à la traction fournissent facilement les métriques nécessaires, mais vous devez savoir qu’il existe d’autres mesures.

Alors, comment la résistance à la traction se compare-t-elle aux autres ?

Résistance à la traction vs. Résistance à la compression

Bien qu’elles soient similaires, la résistance à la traction et la résistance à la compression ne sont pas tout à fait la même chose. Voici un aperçu de certaines de leurs différences :

• Définitions : La résistance à la traction explique la plus grande quantité de contrainte de traction qu’un matériau peut supporter sans perdre sa forme. D’autre part, la résistance à la compression se réfère à la quantité de contrainte de compression qu’un matériau est capable de supporter avant de céder.
• Direction de la contrainte : Vous devez également considérer la direction de la contrainte lors de la comparaison entre la contrainte de traction et la contrainte de compression. Pour obtenir la résistance à la traction, vous soumettez le matériau à une contrainte venant dans la direction de l’étirement. D’autre part, la contrainte de compression doit aller dans la direction de l’écrasement ou de la compression pour être comptée.
• Type de déformation : Lors de la mesure de la résistance à la traction, le matériau doit résister à l’étirement ou à l’allongement. Pour la résistance à la compression, cependant, le matériau doit résister au raccourcissement et à la compression.
• Méthodologie de test : Généralement, vous mesurez la résistance à la traction en utilisant un test de résistance à la traction – le matériau est tiré et vous prenez les lectures à partir de là. Pour la résistance à la compression, l’échantillon subit une force compressive considérable, avec des lectures prises à partir de là.
• Magnitude globale : Dans certains matériaux, vous pourriez remarquer que la résistance à la compression et à la traction tend à avoir des magnitudes différentes. Par exemple, vous pourriez trouver des matériaux avec une résistance à la traction plus élevée que la résistance à la compression, tandis que d’autres pourraient aller dans le sens contraire.

Résistance à la traction vs. Résistance au cisaillement

Ensuite, considérons la résistance au cisaillement par rapport à la résistance à la traction.

Généralement, la résistance au cisaillement d’un matériau détermine combien de contrainte de cisaillement il est capable de maintenir sans se déformer lorsqu’il est soumis à des forces parallèles. Pour comprendre les différences entre ces deux, considérez ce qui suit :

• Direction de la contrainte : Alors que la résistance à la traction implique une contrainte dans la direction de l’allongement, la résistance au cisaillement implique une contrainte venant dans une direction parallèle au plan du matériau.
• Nature de la déformation : La contrainte de traction traite de l’allongement, tandis que la contrainte de cisaillement considère les mouvements de glissement.
• Méthodologies de test : Pour tester la résistance à la traction, vous devez étirer l’échantillon jusqu’à ses limites. Pour la résistance au cisaillement, vous appliquez des forces au matériau via sa surface directement.
• Magnitude : Dans la plupart des cas de comparaison entre résistance à la traction et résistance au cisaillement, cette dernière a tendance à être plus faible. Cela est principalement parce que les matériaux ont tendance à être plus forts pour résister aux forces de traction qu’à celles opérant parallèlement à leurs surfaces.

Résistance à la traction vs. Résistance à la flexion

Enfin, examinons la résistance à la flexion par rapport à la résistance à la traction. Les deux sont similaires, comme vous pourriez l’imaginer – mais, elles tendent également à différer.

Dans la résistance à la flexion, vous regardez la quantité de contrainte qu’un matériau peut supporter lorsqu’il est soumis à une force qui cherche à plier sa structure. Alors, comment fonctionne la différence entre la résistance à la flexion et la résistance à la traction ?

• Type de chargement : Alors que les tests de résistance à la traction évaluent la réponse d’un matériau aux tirages, la résistance à la flexion cherche à voir comment il réagit lorsque vous appliquez des forces sur sa longueur.
• Méthode de test : Pour mesurer la résistance à la traction, vous prenez le matériau et voyez combien de temps vous pouvez le tirer. Pour la résistance à la flexion, vous chargez l’échantillon sur sa surface et voyez la quantité de flexion qu’il peut prendre.
• Magnitude : La résistance à la flexion et la résistance à la traction peuvent être comparées, bien que dans la plupart des cas, cette dernière a tendance à être plus élevée. Comme vous pouvez l’imaginer, la résistance intrinsèque de nombreux matériaux tend à être plus élevée pour les forces de traction que pour les flexions.

Obtenir la plus grande résistance à la traction de n’importe quel matériel

Tout le monde veut un matériau qui soit fort et durable, quoi qu’il en soit. Et, cela peut être un peu frustrant lorsque vous constatez que votre matériau n’a pas la cote de résistance à la traction appropriée.

Néanmoins, il existe des méthodes qui peuvent être prises pour améliorer les lectures que vous obtenez lorsque vous réalisez votre test. Certaines de ces méthodes incluent :

Alliage et Composition Matérielle

L’introduction d’éléments supplémentaires ou d’alliages au matériau lui-même peut aider à optimiser sa résistance à la traction. Les liaisons au sein du matériau deviennent plus fortes, et vous pouvez également améliorer la microstructure du matériau. En somme, la résistance à la traction est améliorée.

Traitement Thermique & Trempe

Une tendance similaire peut être obtenue avec le traitement thermique. Prenez le matériel, chauffez-le et refroidissez-le à des vitesses contrôlées, et vous pourrez apporter des modifications à sa microstructure et à son réseau interne. Que ce soit par revenu ou trempe, ces processus font des merveilles.

Travail à Froid & Recuit

Avec le travail à froid, vous prenez un matériau et vous y apportez des modifications à des températures contrôlées. Ce processus mène finalement à l’écrouissage, améliorant ainsi la limite d’élasticité et la résistance à la traction lorsque applicable.

Mieux encore, le travail à froid maintient également la ductilité du matériau. Ainsi, vous obtenez des avantages doubles ici.

Affinement du Grain

Si vous ajoutez des agents d’affinement du grain pour réduire la taille des grains du matériau, alors vous devriez voir une augmentation directe de la résistance à la traction. Avec des grains plus petits, le mouvement de dislocation peut être réduit, optimisant ainsi la durabilité.

Durcissement par Précipitation

Pour ce processus, vous augmentez la température du matériau et le vieillissez. Cela laisse place à la formation de précipités, qui à leur tour réduisent le mouvement des dislocations et améliorent la force globale du matériau dans son ensemble.

Traitements de Surface

Vous pourriez appliquer le grenaillage et d’autres traitements de surface – ainsi qu’incorporer des opérations comme la nitruration – pour créer une couche plus forte à la surface du matériau, optimisant ainsi sa durabilité.

Nanostructuration

Bien qu’elle ne soit pas une opération populaire, la nanostructuration peut également avoir des avantages impressionnants pour optimiser la résistance à la traction d’un matériau. Avec la nanotechnologie, vous pouvez concevoir des matériaux ayant des structures moléculaires uniques, modifiant ainsi également leur profil de résistance.

Il est crucial de noter que ces méthodes peuvent avoir des niveaux d’efficacité différents. Elles dépendront toujours des facteurs que nous avons mentionnés ci-dessus – température, composition du matériau, etc. Néanmoins, chez KDM Fabrication, nous comprenons exactement comment vous aider à améliorer votre unité de résistance à la traction si vous en avez besoin.

Défis et Limitations possibles de la Résistance à la Traction Traditionnelle

Comme pour toute autre propriété mécanique, il y a forcément quelques problèmes avec la cote de résistance ultime. Certains de ces défis pourraient inclure :

• Anisotropie : Comme nous l’avons déjà indiqué, la résistance à la traction n’est jamais aussi simple que vous pouvez l’imaginer. Le plus grand facteur ici est la direction de la force appliquée, en particulier par rapport à la structure globale des grains du matériau. Considérant que les matériaux exposent leur propre marque de comportement anisotrope, cela peut certainement compliquer la sélection et la conception de manière générale.
• Sensibilité à la Température : Les changements de température ambiante peuvent également dérégler complètement vos calculs et lectures. C’est pourquoi vous devez parfaitement comprendre le comportement de votre matériau choisi à différentes températures – surtout pour des applications sensibles.
• Sensibilité au Taux de Déformation : Nous avions déjà défini le taux de déformation plus tôt. Intéressant, ce facteur peut grandement influencer sa réponse aux forces qui agissent sur lui. Certains matériaux peuvent afficher différents niveaux de résistance à différents taux de déformation, et cela peut s’avérer utile dans les cas de chargement dynamique.
• Échec Fragile : Certains matériaux possèdent une haute résistance à la traction mais peuvent toujours rencontrer une défaillance soudaine. En raison de leur manque général de ductilité, ils ont de faibles taux de déformation plastique, signifiant qu’ils ne fonctionnent pas lorsque vous avez besoin d’une absorption d’énergie optimale.
• Sensibilité aux Défauts : Si vous trouvez un matériau avec un défaut inhérent tel qu’une inclusion ou une cavité, vous pourriez le voir avoir une faible résistance à la traction. Cela est dû au fait que ces défauts ont tendance à absorber beaucoup de stress et peuvent agir comme des sites d’initiation possibles pour une rupture supplémentaire.
• Dépendance à l’Échelle : Lors des tests, vous prenez essentiellement un échantillon du produit et voyez comment il se comporte avec l’étirement. Cependant, le problème ici est que la taille de l’échantillon lui-même pourrait également influencer les lectures que vous obtenez. Les différences d’échelle peuvent influencer vos lectures globales, et cela pourrait conduire à une imprécision générale.
• Effets Environnementaux: À mesure qu’un matériau s’expose davantage à des environnements sévères, sa durabilité diminuera très probablement également. C’est pourquoi vous voulez garder un œil sur les facteurs environnementaux si vous choisissez des matériaux pour vos applications.
• Variabilité de l’Échantillon: De nombreuses propriétés traditionnelles tendent à varier légèrement, même au sein d’un lot de matériaux. Et, la résistance à la traction n’est pas différente de cela. C’est pourquoi il est important de garantir la standardisation dans les étapes de test et lors de la préparation de votre échantillon de test.
• Dépendance au Temps : Enfin, certains matériaux pourraient également afficher un comportement qui varie en fonction du temps. Avec la présence du fluage, il y a toujours le risque de déformation et d’échec graduel, éventuellement.

La Résistance à la Traction à la Rupture : La Variante de Résistance à la Traction la Plus Sous-estimée

Bien sûr, il serait presque impossible de parler de résistance à la traction sans mentionner la métrique de résistance à la traction à la rupture.

Ici, vous regardez la quantité maximale de stress en traction qu’un matériel sera capable de subir pendant un test. La résistance à la traction à la rupture est critique comme propriété mécanique car elle montre la capacité optimale d’un matériau à supporter une charge, surtout sous stress. Elle fournit une compréhension de la capacité du matéri