Comportement en traction de la tôle d’acier E24

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université A/MIRA Bejaïa

Faculté de Technologie

Département : Génie Mécanique

Mémoire de fin d’études

En vue de L’obtention du Diplôme de Master en Génie Mécanique

Option : Matériaux pour L’ingénierie Mécanique

Thème

Présenté par : Encadré par :

HAMICHE Ahcéne Professeur ATI Abdelaziz

IDJIS Massinissa

Devant le jury :

Mr Moussa KERKAR Professeur président

Mr Kamel YAYA M.A.A Examinateur

Mr Djamel AMARI M.A.A Examinateur

2014-2015

Comportement en traction de la tôle d’acier E24.

Effet du traitement thermique de recristallisation.

Remerciements

Nous remercions Dieu Le Tout Puissant de nous avoir accordé tant de courage, de

constance et de connaissance tout au long de notre cursus de formation et dans la vie de tous

les jours.

Que le professeur ATI Abdelaziz trouve ici l’expression de nos plus vifs remerciements

pour son aide et son suivi dans l’élaboration de ce travail.

Nous remercions également les membres du jury : Le Professeur KERKAR Moussa,

Docteur AMMARI Djamel et Docteur YAYA Kamel d’avoir accepter d’examiner ce mémoire

de fin d’étude.

Nous tenons aussi à remercier vivement Mr MELAMRI Abdelatif pour ses conseils et

sa disponibilité.

Nous remercions également tous les enseignants qui ont contribué à assurer notre

formation durant notre cycle universitaire.

On n’oubliera certainement pas de remercier vivement tout le personnel de l’Unité

Grues de Bejaia (UGB) pour leur disponibilité, leur patience et leurs conseils durant toute la

période de stage et plus particulièrement Monsieur BOURNANE.

Dédicace

Je dédie ce modeste travail à la mémoire de mes chers grands parents, mes deux chers

parents, mes frères et sœur, et mon binôme Ahcéne, et à tout mes amis et amies (Djamel, Lyes,

Samir, Nounour, Hicham, Djaafar, Fouad,…..), La I314, et tout les membres et adhérents de

l’association TTT.

IDJIS Massinissa

Je dédie ce modeste travail à la mémoire de mes chers grands parents, et à la mémoire de

mon père, ma cher mère, mon frère et sœurs, et mon binôme Massi, et à tout mes amis et

amies (Djamel, Lyes, Samir, Nounour, Hicham, Djaafar, Fouad,…..), La I314, et tout les

membres et adhérents de l’association TTT.

Sommaire

Introduction générale ............................................................................................................. X

Chapitre I : Revue bibliographique

I.1 les Tôles ............................................................................................................................... 1

I.1.1 Définition ......................................................................................................................... 1

I.1.2 Importance de la tôle ...................................................................................................... 1

I.1.3 domaine d’utilisation de la tôle ...................................................................................... 1

I.1.4 Procédé de fabrication d’une tôle .................................................................................. 1

I.2 Introduction sur les aciers .............................................................................................. 2

I.2.1 Définition de l’acier ....................................................................................................... 2

I.2.2 Classification des aciers ................................................................................................. 3

I.2.3 Désignation des aciers ..................................................................................................... 3

I.2.3.1 Groupe 1 ...................................................................................................................... 3

I.2.3.2 Groupe 2 ...................................................................................................................... 4

I.3 La recristallisation ............................................................................................................. 6

I.4.1 Description du principe de l’essai de traction ............................................................. 6

I.4.5 courbe de traction conventionnelle ............................................................................... 6

I.4.5.1 Description .................................................................................................................... 6

I.4.5.2 Caractéristiques obtenue de la courbe de traction ................................................... 7

I.4.5.2.1 La limite élastique .................................................................................................... 7

I.4.5.2.2 La résistance à la traction ....................................................................................... 7

I.4.5.2.3 L’allongement relatif à la rupture ........................................................................... 8

I.4.5.2.4 Le coefficient de striction ........................................................................................ 8

I.4.5.2.5 Le module d’élasticité ............................................................................................... 8

I.4.6 courbe corrigées de traction, (courbe rationnelle) ....................................................... 9

I.4.6.1 Correction de l’effort .................................................................................................. 9

I.4.6.2 correction de l’allongement ..................................................................................... 10

I.4.6.3 Instabilité en traction ................................................................................................ 10

I.4.6.4 équation de la courbe rationnelle ............................................................................. 11

I.4.6.5 Le coefficient d’anisotropie (produit plat : tôle) ..................................................... 12

Sommaire

Chapitre II : Matériaux et techniques expérimentales

II.1. Présentation du matériau ............................................................................................. 15

II.1.1. L’acier E24 (désignation selon la norme AFNOR : Association Française de

Normalisation) ....................................................................................................................... 15

II.2. Les étapes d’Usinage des tôles ..................................................................................... 16

II.2.1.découpage des tôles ..................................................................................................... 16

II.2.2 Surfaçage des tôles ...................................................................................................... 16

II.2.2.1 méthode de fixation des tôles ................................................................................... 16

II.2.2.2. la tôle après surfaçage ............................................................................................. 17

II.2.3 Découpage des éprouvettes ......................................................................................... 18

II.2.4 Ajustage des éprouvettes découpées .......................................................................... 19

II.2.5 Usinage du profil ......................................................................................................... 20

II.2.6 Le polissage .................................................................................................................. 21

II.2.7 Géométrie des éprouvettes utilisées ........................................................................... 21

II.2.8 le traitement de recristallisation ................................................................................ 21

II.3 présentation de notre essai ............................................................................................ 21

II.3.1 essai de traction ........................................................................................................... 21

Chapitre III : Résultats et discussions

III.1 Les observations de la microstructure de la tôle en acier E24 d’épaisseur 5mm ... 24

III.2 Caractérisation des propriétés mécaniques en traction ........................................... 25

III.2.1 Les propriétés de résistance Re et Rm ................................................................... 27

III.2.2 Les propriétés de plasticité ....................................................................................... 28

III.2.2.1 Le coefficient de consolidation n .......................................................................... 28

III.2.2.2 Le coefficient de striction Z ................................................................................... 29

III.2.2.3 L’allongement pour cent du palier à la limite d’élasticité Ap ........................... 30

III.2.2.4 Caractérisation du coefficient d’anisotropie rθ ................................................. 31

III.3 Influence du taux de réduction d’épaisseur en laminage sur les caractéristiques

mécaniques en traction ......................................................................................................... 33

Conclusion générale ............................................................................................................... x

Bibliographie ............................................................................................................................ x

Liste des Figures ......................................................................................................................... x

Introduction générale

Introduction

Les tôles en acier de différentes épaisseurs (1-60mm) sont fortement demandées par

diverses entreprises de la construction mécanique. On peut citer pour l’Algérie : le Complexe

Véhicules Industriels de Rouiba, l’Entreprise Nationale des Matériels de Travaux Public de

Constantine, l’Entreprise Nationale de l’Electro Ménager de Tizi Ouzou (ENIEM),

l’Entreprise Batimétal d’Alger. Ces tôles sont fabriqués par le procédé de laminage avec des

taux de réduction successifs jusqu’à l’épaisseur désirée.

La particularité d’une tôle est qu’elle présente une anisotropie mécanique dont l’intensité

varie avec le taux de réduction lors du procédé de laminage. Il est donc nécessaire de

connaître son comportement mécanique, de manière à prédire les efforts auxquels seront

soumis les outillages, voire tout simplement pour déterminer l’écoulement de la matière lors

du procédé d’emboutissage en vu de fabriquer un produit fini. Le cas qui nous intéresse ici est

la tôle forte (épaisseur 5 mm) en acier E24 utilisée par l’Unité Grue de Béjaïa dans la

fabrication du châssis de grue. L’objet de notre travail est d’examiner le comportement en

traction de cette tôle brut de livraison selon les trois directions = 0, 45 et 90° par rapport à la

direction de laminage DL de la tôle. Nous utiliserons ensuite l’essai de traction pour

quantifier le coefficient d’anisotropie de cette tôle : un paramètre important qui rend compte

de sa résistance à l’amincissement très utile à connaître pour l’opération d’emboutissage.

Dans une seconde partie, nous examinerons l’effet du recuit de recristallisation sur l’évolution

de cette anisotropie mécanique de cette tôle.

Ce mémoire est structuré comme suit :

Le premier chapitre est une synthèse des données sur les tôles et leur

importance, le laminage à chaud et généralités sur les aciers de construction

mécanique, le traitement thermique de recristallisation, et enfin l’essai de

traction en précisant la méthode de dépouillement pour quantifier les

propriétés de résistance et de plasticité des aciers ainsi que la procédure de

mesure du coefficient d’anisotropie.

Le deuxième chapitre rassemble les techniques expérimentales utilisées dans ce

travail.

Le troisième chapitre présente les résultats obtenus et leurs discussions.

Une conclusion générale à ce travail vient clôturer ce mémoire.

Chapitre I

Revue bibliographique

Chapitre I Revue bibliographique

1

I.1 les Tôles [1,2]

I.1.1 Définition

Les tôles sont des produits plats obtenus par laminage des brames (lingots). On parle

de laminage à chaud si la brame se trouve à une température supérieure à 0.5Tf et laminage à

froid si la température est inférieure à 0.5Tf (Tf étant la température de fusion du métal).

Les tôles sont classées en deux catégories :

-les tôles minces si l’épaisseur est inférieur à 3mm

-les tôles fortes si l’épaisseur est supérieur à 3mm

Les tôles laminées à froid sont des tôles minces, dont l’épaisseur est inférieure à 3mm. Le

laminage à froid des tôles ne se réalise qu’avec des feuilles ayant déjà une faible épaisseur.

I.1.2 Importance de la tôle

Le développement de l’acier dans la construction sera marqué aussi par le

développement et l’utilisation de la tôle. Malgré la forte densité du métal, la tôle est un

matériau léger, facilement transportable et façonnable.

Pour la fabrication de pièces mécaniques, surtout si elles sont de grandes dimensions, il est

économiquement beaucoup plus intéressant de mettre en forme des tôles que de procéder à

l’usinage d’éléments massifs par fraisage ou d’autres techniques équivalentes. Il en résulte

une considérable économie de matière ainsi qu’une réduction de masse souvent recherchée

(Dans les transports en particulier).

Leur utilisation est omniprésente en raison de leur commodité d’emploi (découpage, pliage,

emboutissage) et de la légèreté des constructions car le profilage, le pliage et l’emboutissage

permettant de faire des corps très légers.

I.1.3 domaine d’utilisation de la tôle

La mise en forme des tôles est intensément utilisée dans une infinité de domaine, notamment :

Les carrosseries (automobile mais aussi de nombreuses machines et appareils : grille-

pain, bétonnière, ordinateur, pompe à essence, lave-linge,…).

Le bardage pour la construction des bâtiments.

Les emballages alimentaires (boites de conserves).

Les pièces techniques en tôle emboutie (jante des roues pour l’automobile, capsule de

bouteille en verre, cuve en inox….).

Les pièces arrondies en tôles cintrées puis soudée (tuyaux, bouteille de gaz…).

Construction naval, aéronautique.

Véhicules industriels (grue, retro-chargeur, comparateur,…).

1.1.4Procédé de fabrication d’une tôle [3]

Une tôle est fabriquée par le procédé de laminage d’une ébauche dénommée brame

(Figure 1. 01)

Figure 1.01 : Brames en acier destinées à la fabrication de tôles


2

Le laminage est un procédé de transformation par passage du métal (brame) entre deux

cylindres lisses, tournant en sens inverse (Figure 1.02). La brame d’épaisseur e1s’engage entre

les deux cylindres où elle sera déformée en compression pour ressortir à une épaisseur

e2correspondant à l’ajustement du jeu entre les cylindres. Le passage de l’épaisseur initiale e1

à l’épaisseur e2 par déformation plastique appelé taux de réduction est donné par la

relation

Pour réduire le métal à l’épaisseur souhaitée, il faudra généralement procéder en plusieurs

passes successives.

Figure I.02 Schéma de principe du laminage d’une brame entre deux cylindres tournant en

sens inverse

I.2 Introduction sur les aciers [4]

Les aciers sont d’une importance capitale, puisqu’on les retrouve quasiment dans tous les

domaines. Ils sont à l’origine de toutes les révolutions scientifiques et industrielles. Ce

progrès est essentiellement dû à la présence d’une vaste gamme de transformations qui

permettent de faire d’alliages et taux différents mécaniques, thermiques et chimiques.

I.2.1 Définition de l’acier [4,5]

L’acier est un alliage de fer contenant moins de 2% de carbone. Il peut être

répertorié selon cette teneur en carbone qui fixe son niveau de dureté maximale à l’état

trempé. Un acier de haute teneur en carbone sera employé pour sa grande dureté alors qu’un

acier de teneur plus faible est moins dur et plus malléable. Il contient généralement de petites

quantités d’autres éléments que le fer et le carbone, incorporés, volontairement ou non, au

cours de son élaboration. On peut également y ajouter des quantités plus importantes

d’éléments d’alliage ; il est considéré alors comme un acier allié.


3

I.2.2 Classification des aciers

Du fait du nombre élevé d’éléments ajoutés au fer et de la gamme étendue de leur teneur, les

aciers présentent un très grand nombre de nuances différentes. On peut classer les divers types

d’alliages à base de fer selon leur composition chimique ou selon leur domaine d’utilisation.

L’adoption de cette dernière nous permet de recenser quatre familles d’aciers :

Les aciers au carbone d’usage général,

Les aciers de traitements thermiques, alliés ou non,

Les aciers à outils

Les aciers inoxydables

I.2.3 Désignation des aciers [11,12]

Pour des besoins industriels, la norme NF EN a retenue deux groupes de désignation :

Groupe 1 (NF EN 10027-1) : les aciers désignés à partir de leurs caractéristiques

mécaniques et physiques (aciers pour façonnage ultérieure) ou les aciers désignés à

partir de leur emploi (fils, tôles, aciers revêtus….)

Groupe 2 (NF EN 10020) : les aciers désignés à partir de leur composition chimique.

I.2.3.1 Groupe 1 :

Tableau I.01 Désignation des aciers selon leur emploi et leurs caractéristiques mécaniques.

Lettre Signification Valeur numérique

E Acier de construction Re mini

S Acier de construction y

compris les aciers à grains

fins

Re mini

H Acier à haute résistance

laminé à froid pour

emboutissage à froid

Re mini

P Acier pour appareil à

pression

Re mini

D Acier pour formage à froid Degré d’emboutissage

S 235

Lettre Valeur numérique

c.f tableau précédent Cette valeur désigne les propriétés

mécaniques de l’acier

N.B

Il existe d’autres lettres L, B, Y, etc.…, pour plus d’informations, se référer à la

norme.

Dans le cas d’aciers livrés moulés, la désignation est précédée de la lettre G (ex :

GS235).


4

Exemple :

E335 : acier de construction mécanique ayant une limite élastique minimale de 335 MPa.

S235 : acier de construction ayant une limite élastique minimale de 235 MPa.

I.2.3.2 Groupe 2 :

a. Aciers non alliés

Ils ont une teneur en éléments d’addition inférieure à 1%, à l’exclusion des aciers de

décolletage. Les teneurs de ces aciers en divers éléments considérés comme des impuretés, ne

doivent pas dépasser des limites définies par la norme NF EN 10020.

C 22

Lettre Valeur numérique

C Deux chiffres présentant le pourcentage de

carbone en masse de l’acier multiplié par 100

N.B

La désignation est précédée par la lettre G si la pièce est livrée moulée.

La désignation peut être suivie par un indice indiquant certaines propriétés de l’acier

Tableau I.02 Désignation des aciers non alliés.

Indice signification

E Teneur maximale en soufre spécifie Ils peuvent être suivi de la teneur en

soufre en 1/100° de % R Fourchette en soufre spécifie

D Pour tréfilage de fils

C Pour formage à froid

S Pour ressorts

U Pour outillage

Exemple : C35 acier non allié spécial pour trempe et revenue contenant 0.35% de carbone.

b. acier faiblement alliés

Ce sont des aciers dont la teneur de chaque élément d’alliage est inférieure à 5%, à l’exclusion

des aciers rapides.

Si la teneur d’un élément d’addition ne dépasse pas 5%, la somme des teneurs des

éléments d’addition le peut.

Dans le cas ou la désignation requiert plusieurs valeurs, elles sont séparées par un trait

d’union.

34 Cr Mo 4


5

Tableau I.03 Désignation d’un acier faiblement allié.

Valeur numérique Symboles chimiques Valeur numérique

Cette valeur représente le

pourcentage de carbone

multiple par 100

Ce sont les symboles

chimiques des éléments

d’addition places dans

l’ordre décroissant de leur

teneur.

La valeur indique la teneur

en % en masse des éléments

d’addition depuis le premier

symbole chimique, cette

teneur étant multipliée par

un facteur donnée. Voir le

tableau suivant.

Cr Co Mn Ni Si W Al Be Cu Mo Nb Pb Ta Ti V Zr N P S B

Pourcentage x 4 Pourcentage x 10 X 100 X 1000

Compléments

A la suite de la désignation d’un acier non allié ou faiblement allié, on peut trouver les

symboles qui désignent le degré de trempabilité.

H : trempabilité normale.

HH : trempabilité maximale.

HL : trempabilité minimale.

On peut également trouver des symboles renseignant sur l’état de traitement de l’acier.

U : brut

A : adouci.

N : normalisé.

c. aciers fortement alliés

Un acier est considéré comme fortement allié si au moins un de ses éléments

d’addition a une teneur en carbone supérieure à 5%.

X 8 Cr Ni 18-9

Tableau I.04Désignation des aciers fortement alliés

Lettre X Valeur numérique Symbole chimique Valeur numérique

Précise que l’alliage

qui va être codé est

un acier fortement

allié

Cette valeur

représente le

pourcentage de

carbone multiplié par

100 (ici 0,08%)

Ce sont les symboles

chimiques des

éléments d’addition

placé dans l’ordre

décroissant de leur

teneur. Ici Cr a une

teneur >Ni

La valeur indique la

teneur en % en masse

des éléments

d’addition depuis le

premier symbole

chimique. Ici

Cr=18% et Ni=9%.

Les valeurs sont

séparées par un tiret.


6

I.3 La recristallisation [8]

Le retour total ou partiel à l’état d’équilibre du matériau s’effectue, essentiellement, selon

trois processus : la restauration, la recristallisation et la croissance des grains.

Cette étape du cycle de fabrication est la plus importante, elle permet d’assurer à la tôle les

caractéristiques structurales adéquates à sa mise en forme ultérieure. C’est le recuit de

recristallisation qui, d’une part, permet de récupérer les propriétés de ductilité de la tôle et, d’autre

part, assure le développement d’une texture cristallographique favorable à l’emboutissage.

L’aptitude à une mise en forme ultérieure dépend en grande partie du contrôle des conditions de

recuit, atmosphère, température et temps de maintien.

Au cours d’un recuit de recristallisation, les anciens grains de la structure, fortement amincis et

allongés, sont remplacés progressivement par des grains équiaxes, présentant une structure

beaucoup moins perturbée. Cette évolution est liée au taux d’écrouissage, à la température du

recuit et au temps de maintien.

I.4.1 Description du principe de l’essai de traction

L’essai de traction est le moyen le plus couramment employé pour caractériser le

comportement mécanique d’un matériau sous une sollicitation progressive à vitesse de

chargement faible ou modérée. Des éprouvettes du matériau concerné, en forme de barreau

cylindrique ou prismatique comportant une partie centrale calibrée à section constante S0 et

longueur Lc raccordée à chaque extrémité à deux têtes de section plus importante, sont fixées

dans une machine de traction. La machine impose un allongement croissant à l’éprouvette, et

enregistre simultanément l’effort appliqué F et l’allongement ∆L = L – Li. Selon l’équipement

utilisé, Li est soit la longueur totale initiale Lc, soit une longueur initiale de référence L0 entre

deux repères tracés sur l’éprouvette.

L’essai est généralement poursuivi jusqu’à rupture, après quoi on mesure un allongement

ultime rémanent ∆Lu.

I.4.5 courbe de traction conventionnelle [10]

I.4.5.1 Description

C’est la courbe obtenue à partir de l’enregistrement F=f(∆L)effectué au cours de

l’essai en rapportant la force à la section initiale pour raisonner en termes de contrainte R =

F/S0, et en rapportant l’allongement à la longueur initiale pour raisonner en termes

d’allongement relatif e = ∆L/L0. On obtient ainsi une courbe intrinsèque au matériau,

indépendante des dimensions de l’éprouvette utilisée. Cette courbe est dite conventionnelle.

On parle de courbe rationnelle quand on détermine les contraintes et les déformations vraies.

Elle est obtenue en divisant la force et l’allongement par, respectivement, la section et la

longueur instantanées.


7

Figure I.03 Courbe de traction conventionnelle

La courbe de traction classique F=f (∆L) présente trois domaines caractéristiques OA, AB et

BC

OA : domaine de la déformation élastique représenté par la loi de Hooke σ = E ε

AB : domaine de la déformation plastique homogène

BC : domaine de l’instabilité en traction (la déformation plastique à partir du point B se

localise dans une petite portion de l’éprouvette et elle n’est plus homogène ; c’est la striction

et on aboutit à la rupture au point C).

I.4.5.2 Caractéristiques obtenue de la courbe de traction [10]

I.4.5.2.1 La limite élastique :

La limite élastique est la contrainte Re au-delà de laquelle la loi de Hooke cesse de

s’appliquer autrement dit c’est la charge maximum, par mm2 de section, à partir de laquelle

les déformations cessent d’être proportionnelles aux efforts.

Dans certains cas, la limite d’élasticité ne peut pas être déterminée d’une façon certaine sur le

diagramme à cause de l’existence sur la courbe d’un passage progressif de l’élasticité linéaire

à la déformation plastique. On définit alors la limite conventionnelle d’élasticité à 0.2 %

comme étant la charge correspondant à un allongement permanent de 0.2 %. Elle est alors

notée R0.2. Cette grandeur est souvent qualifiée de « limite d’écoulement σ0 »

I.4.5.2.2 La résistance à la traction :

C’est la contrainte Rm correspondant au maximum de force sur la courbe de traction. La

désignation charge de rupture est souvent employée ; il faut noter alors qu’il ne s’agit pas

d’une mesure au moment de la rupture.

Cependant elle n’a pas une signification claire du point de vue de la résistance du matériau,

puisqu’il s’agit simplement de la contrainte la plus élevée que l’éprouvette a supporté avant

que la déformation ne se localise, et ceci dans les conditions très restrictives de contrainte uni-

axiale. La limite élastique est nettement plus significative. Cependant la résistance à la


8

traction reste une notion familière parce que facile à mesurer et reproductible. Elle sert

souvent à caractériser qualitativement le matériau, au même titre que la composition

chimique. Des corrélations empiriques avec la dureté ou la résistance à la fatigue sont utiles,

enfin pour les matériaux fragiles, c’est pratiquement la seule grandeur mesurable.

I.4.5.2.3 L’allongement relatif à la rupture

Par définition c’est le rapport sans dimensions :

A=

(%) (1)

La longueur Lu à rupture étant mesurée en rapprochant les deux morceaux de l’éprouvette.

L’allongement dit répartis est celui mesuré au maximum de la courbe de traction. Il a plus

d’intérêt fondamental. C’est un paramètre intéressant pour évaluer l’aptitude d’une tôle à la

mise en forme.

I.4.5.2.4 Le coefficient de striction :

C’est la réduction de section à rupture :

Z=

(%) (2)

Pas plus que l’allongement à rupture, ce n’est pas un paramètre utile pour la résistance des

matériaux.

Cependant elle donne une indication qualitative sur la capacité du matériau à la mise en

forme. Une striction importante sans rupture.

La striction est le paramètre le plus sensible à la microstructure. C’est pourquoi elle est

souvent utilisée comme test en dessous de celle pour laquelle de bons résultats sont obtenues

en service, l’ingénieur considère que le matériau ne satisfait pas au cahier des charges.

I.4.5.2.5 Le module d’élasticité

C’est un paramètre lié aux propriétés élastiques du matériau. Il traduit l’action des forces de

liaisons interatomiques. Par suite il est peu sensible aux changements de microstructure. Il est

peut affecter par les éléments d’addition, le traitement thermique ou l’écrouissage.

Ainsi le fer pur a pratiquement le même module que les aciers. Par contre il diminue

fortement lorsque la température augmente

Le module de Young E est la pente de la portion linéaire de la courbe de traction (σ en

fonction de la déformation ε)

(3)

Lo : Longueur initial de l’éprouvette entre repères

∆L : Allongement de l’éprouvette

F : Force appliquée au point considéré du diagramme

So : Section initiale de l’éprouvette.


9

I.4.6 courbe corrigées de traction, (courbe rationnelle) :

Figure I.04courbe de traction rationnelle

Comme on la définit dans la courbe conventionnelle, la charge de rupture est une grandeur

conventionnelle puisque l’on rapporte la charge maximale à la section initiale.

La contrainte vraie σ correspond à la charge rapportée à la section instantanée, soit σ= F/S.

De même l’allongement ordinaire n’est pas additif, ce qui est également gênant pour les

calculs de plasticité.

Des corrections s’imposent donc sur la contrainte et l’allongement de l’éprouvette. Ces

corrections sont effectuées à partir de la courbe conventionnelle (σ = F/S0 en fonction de

l’allongement ∆L/L0) pour donner la courbe dite rationnelle (σ = F/S en fonction de la

déformation ε = L0 (1+∆L/S0))

I.4.6.1 Correction de l’effort :

Initialement l’éprouvette de section S0 étant soumise à une force F, la contrainte appliquée est

σ = F/S0.

Mais quand l’éprouvette a été allongée d’une certaine quantité, la déformation plastique

n’entrainent, en première approximation, pas de variation de volume, la section de

l’éprouvette est plus faible.

Si l’éprouvette a une longueur initiale L0, un allongement ∆L conduit à une section S telle

que :

S0L0 = S (L0+∆L) (4)

Soit: S =S0

= S0

(5)

Avec e = ∆L/ L0, l’allongement relatif.

La contrainte appliquée réellement est alors :


10

σ =

(6)

Ainsi la courbe de traction conventionnelle doit être relevée, en chaque point, d’une quantité

proportionnelle à l’allongement plastique, on obtient ainsi la courbe corrigée de la réduction

de section.

I.4.6.2 correction de l’allongement :

De même que l’effort doit être rapporté à chaque instant à la section actuelle de l’éprouvette,

l’allongement doit aussi être rapporté à la longueur actuelle de l’échantillon et non à sa

longueur initiale.

Sur une courbe de traction on enregistre en général, l’augmentation de longueur ∆L d’une

éprouvette de longueur initiale L0 et l’allongement relatif est souvent calculé par rapport à L0 :

e = ∆L/L0 (allongement ordinaire)

Cependant quand l’éprouvette, déjà déformée de ∆L, a une longueur L, un nouvel

allongement dL ne lui donne pas une déformation dL /L0, mais :

(7)

La déformation réalisée entre L0 et L0+∆L est alors :

ε =

(8)

On obtient ainsi la déformation vraie, appelée « déformation rationnelle » ou « naturelle ».

I.4.6.3 Instabilité en traction

La définition à partir de la courbe rationnelle, de la charge maximale et de

l’allongement correspondant n’a pas encore de sens, car la déformation par traction ne reste

pas toujours homogène : à partir d’un certain allongement elle se localise dans une zone de

l’éprouvette ; c’est le phénomène de « striction ».

En effet, considérons une éprouvette en déformation soumise à une charge F, pendant un

allongement d’une petite quantité dl, l’échantillon subit un petit durcissement, par suite de la

consolidation, mais la réduction de section entraine un affaiblissement. Si le premier

phénomène est prédominant, une déformation amorcée en un point s’arrête pour se poursuivre

en un autre point de l’éprouvette et, de proche en proche on peut considérer que la

déformation se développe d’une manière homogène. Mais, si c’est l’affaiblissement du à la

réduction de section qui l’emporte, on se trouve dans un état d’instabilité, car la déformation

se poursuit au même point sans qu’il soit nécessaire d’augmenter la force appliquée.

Le calcul de la valeur de déformation εs correspondant à la charge maximale se fait de la

manière suivante :


11

ε = Ln

= Ln

(9)

(Constante du volume de la partie calibrée : S0L0 = SL).

La variation de section peut alors s’écrire :

S = S0 (10)

La valeur de la force appliquée est alors :

F = S0 σ(11)

Avec σ étant la contrainte vraie, corrigée de la réduction de section

Dans la partie ou a lieu le phénomène de striction, le calcul de la contrainte vraie est

compliqué, et pour calculer la contrainte dans cette zone il faut tenir compte de l’effet de

concentration de contrainte ; la formule de correction la plus utilisée est celle de BRIGMANN

(1953) :

σcor= σ

(12)

R : rayon de la courbure de la zone de striction

a: rayon de la section minimale

I.4.6.4 équation de la courbe rationnelle

La portion d’allure parabolique de la courbe rationnelle peut être mise sous forme

mathématique. L’expression la plus utilisée est la parabole généralisée de la forme :

σ = σ0 + k εn(13)

σ0, k, n : étant des constantes.

Pour les aciers doux σ = k εn avec n qui est appelé le coefficient d’écrouissage (ou de

consolidation)

Une propriété importante de cette équation est légalité entre n et la valeur de l’allongement

réparti ; en effet à la charge maximale, démarrage F = σ S. à l’instabilité on a donc :

(14)

Comme ε =Ln

on a :

(15)

D’où la relation :

ou

(16)

Quelle que soit l’équation de la courbe rationnelle, le début de la striction est défini par la

tangente dont la pente

est égale à σ


12

Si la courbe rationnelle a pour équation :

σ = k εn (17)

On a :

= n k εs

n-1 (18)

(16)et (18) σ = n k εsn-1

(19)

(17) et (18) k εsn = n k εs

n-1 εsn/ εs

n-1(20)

Soit n = εs (à la charge maximale), εs étant l’allongement plastique homogène avant

striction et n étant égal à l’allongement réparti avant striction, il définit donc l’aptitude

d’un matériau à se déformer en expansion. Autrement dit-il caractérise la ductilité du

matériau et l’aptitude à repartir la déformation.

La détermination de n peut se faire soit à partir de la courbe rationnelle, soit à partir de la

forme analytique par le tracé de la courbe rationnelle en coordonnées logarithmiques.

En effet, si l’on reporte Ln σ en fonction de Ln ε on a d’après l’expression (17) :

Ln σ = Ln k + n Ln ε (21)

C'est-à-dire une droite de pente n si la loi est vérifiée

I.4.6.5 Le coefficient d’anisotropie (produit plat : tôle)

Les théories classiques de l’élasticité et de la plasticité supposent que le métal se

déforme d’une façon homogène et isotrope.

Nous avons vue, dans le cas du palier, que l’homogénéité des déformations n’était plus

respectée, nous allons maintenant considérer le cas particulier ou il n’ya plus isotropie.

Etant donné les diverses possibilités de déformation par glissement sur les plans

cristallographiques, les monocristaux ne sont pas isotropes, c'est-à-dire qu’ils ne donnent pas

des courbes de traction identiques suivant la direction de l’effort (Cf, par exemple ref.

POMEY 1961 et 1965). Cette directionalité des propriétés n’est pas visible pour les aciers car

ils sont formés de nombreux cristaux d’orientations aléatoires et la mesure globale ne dépend

pas de la direction de l’effort.

Cela n’est plus vrai si, par suite de traitements mécaniques et thermiques, les

orientations des cristaux ne sont plus disposées au hasard ; on a alors des orientations

préférentielles, ce que l’on désigne par la texture.

Les écrouissages à froid importants comme le laminage, le tréfilage, donnent de forte

textures ; en général, ces textures disparaissent par traitement thermique, du moins s’il n’ya

changement de phase complet (normalisation par exemple). Quand il ya recristallisation en

dessous du point de transformation, les orientations préférentielles se modifient mais il

subsiste une texture.


13

Cette anisotropie se manifeste par des différences de propriétés suivant la direction de

prélèvement des éprouvettes par rapport à la direction du laminage de la tôle, si les

différences sur les caractéristiques classiques, limite d’élasticité, résistance, allongement à

rupture, sont relativement faibles, il n’est pas de même pour la répartition des déformations

suivant la largeur et l’épaisseur des éprouvettes.

Il ne faut pas confondre ces efforts cristallographiques avec les effets de travers dus

aux hétérogénéités, en particulier ségrégation et inclusion, qui jouent sur la rupture et se

traduisent surtout par des différences d’allongement à rupture et striction.

Pour mesurer l’anisotropie, on utilise un coefficient qui exprime le rapport entre la

déformation en largeur et la déformation en épaisseur d’une éprouvette de tôle.

Dans une direction faisant un angle θ avec la direction de laminage, on a (Figure I.05)

rθ =εw/εe (22)

w : largeur de l’éprouvette.

e : l’épaisseur.

εw déformation rationnelle en largeur :

εw = Ln w0/w (23)

εe déformation rationnelle en épaisseur :

εe = Ln e0/e (24)

Comme la mesure de la variation d’épaisseur est difficile, on effectue plutôt la mesure

d’allongement :

εL = Ln L/L0 (25)

Et on calcule la déformation en épaisseur par différence puisque le volume de l’éprouvette

reste constant pendant la déformation plastique :

εe = εL- εw = Ln L/ L0 – L (26)


14

Figure I.05 principe de mesure du coefficient d’anisotropie avec la déformation rationnelle en

largeur (εw) et la déformation rationnelle en épaisseur (εe).

D’où la formule de calcul du coefficient d’anisotropie :

rθ=

– (27)

Pour effectuer cette mesure, il suffit donc d’arrêter l’essai de traction dans la zone

d’allongement homogène avant la striction, pour les aciers doux, un allongement de 20% est

souvent calibré en quelques points. Le calcule se fait facilement si Ln L/L0 est choisi toujours

le même si W0 est constant car il suffit d’un abaque ou d’un tableau préparé à l’avance.

La valeur du coefficient d’anisotropie dépend de la direction de prélèvement.

On définit une valeur moyenne du coefficient d’anisotropie en faisant intervenir plusieurs

directions ; la formule la plus courante pour les aciers doux est :

rθ=

(28)

Cette valeur caractérise l’anisotropie normale de la tôle, c'est-à-dire la résistance à

l’amincissement, car r élevé signifie que la déformation en largeur l’emporte sur la

déformation en épaisseur. Ce coefficient est très utile pour caractériser l’aptitude à

l’emboutissage des tôles minces.

Chapitre II

Matériaux et techniques expérimentales

Chapitre II Matériaux et techniques expérimentales

15

II.1. Présentation du matériau

II.1.1. L’acier E24 (désignation selon la norme AFNOR : Association Française de

Normalisation)

C’est un acier de construction mécanique, d’usage général avec une teneur en carbone

ne dépasse pas 0.1%. C’est donc un acier hypoeutectoide classé dans la catégorie des aciers

doux. Selon la nouvelle désignation (EURONORME), l’acier E24 est désigné par S235 qui

indique que c’est un acier de construction mécanique, dans la valeur maximale de la limite

d’élasticité ne dépasse pas 235 Mpa ou 24 kg/mm2 soit en moyenne 24 daN/mm

2 (d’où la

désignation E24 selon l’ancienne norme : 24 indiquant sa limite d’élasticité minimale en

daN/mm2).

Cet acier a comme particularité une excellente conformation et soudabilité mais une

mauvaise résistance à la corrosion.

Le tableau II.01 Fournit par le fabriquant de cet acier (laminés Marchands Européens) à

l’Unité Grue de Bejaia rassemble la composition chimique et les caractéristiques mécaniques

en traction. Ces caractéristiques concernant la limite d’élasticité supérieure Reh, la résistance

à la traction Rm et l’allongement à 5% de déformation plastique (A5%)

Tableau II.01 : Composition chimique et propriétés mécanique de l’acier E24 selon la fiche

technique du fabricant "Laminés Marchand Européens"

L’acier E24

Caractéristique

Mécanique

Re[Mpa] 305

Rm[Mpa] 429

Eléments

d’alliage

[%]

C 0.08

Si 0.16

Mn 0.61

P 0.026

S 0.035

Cu 0.43

Cr 0.12

Ni 0.16

V 0.002

Mo 0.07

N 0.0069

Ti 0.0001

Al 0.002


16

II.2. Les étapes d’Usinage des tôles

II.2.1.découpage des tôles

L’Unité Grue de Bejaia nous a fourni deux plaquettes de tôles en acier E24 de

dimensions 350 mm x 250 mm avec une épaisseur de 5mm. Ces deux plaquettes ont été

découpées à partir d’une tôle de 3000 mm x 2000 mm brut de livraison.

Figure II.01 Tôles en acier E24

II.2.2 Surfaçage des tôles

Au hall technologie de l’université Abderrahmane MIRA de Bejaia (U.A.M.B), on a procéder

au surfaçage des tôles pour but de ramener l’épaisseur de 5 mm à 4 mm sur une fraiseuse

universelle avec une fraise du diamètre 160 mm et nombre de dents qui est (6 dents), (cf.

figure II.03).

II.2.2.1 méthode de fixation des tôles

On a fixé les tôles sur la table de la fraiseuse avec des brides et cela pour avoir la planéité et

l’homogénéité d’épaisseur de la tôle, comme le montre la figure II.02.


17

Figure II.02 Méthode de fixation des tôles avec des brides pour le surfaçage

II.2.2.2. la tôle après surfaçage

Figure II.03 La tôle après surfaçage


18

On a opté pour les conditions de coupe qui se trouve dans le tableau suivant :

La vitesse de coupe (Vc) : Vc = π D N/1000 (donnée)

La vitesse de rotation (S) : S = Vc 1000/ π D

La vitesse d’avance (F) : F = S.a.Z

Avec : D : diamètre de la fraise.

a : l’avance par dent qui est égale à 0.11mm (donnée).

Z : nombre de dents.

Machine Outil de

coupe

Vitesse de

coupe Vc

[m/min]

Vitesse de

rotation S

[Tr/min]

Vitesse

d’avance F

[mm/min]

Passe [mm]

Fraiseuse

universelle

Fraise du

diamètre

160mm et six

dents

Ebauche : 29

Finition : 40

Ebauche : 60

Finition : 90

Ebauche : 40

Finition : 60

Ebauche : 0.5

Finition : 0.3

Tableau II.02Paramètres du surfaçage des tôles.

II.2.3 Découpage des éprouvettes

En vue de quantifier l’anisotropie de la tôle, les éprouvettes de traction ont été prélevées selon

trois directions par rapport à la direction de laminage DL (0°) de la tôle avec une scie à ru bout

de l’Unité Grue de Bejaia figure II.05 et on a découpé au totale 18 éprouvettes, donc 4

éprouvettes selon la DL (0°) et 4 selon la DL(90°) et 10 selon la DL (45°) voir figure II.04.


19

Figure II.04 Position des éprouvettes de traction par rapport à la direction de laminage DL.

Figure II.05 Scie à ru-bon de l’Unité Grue de Bejaia.

II.2.4 Ajustage des éprouvettes découpées

Pour l’ajustage on la fait par la même fraiseuse et cela pour avoir la même largeur (w) des

deux cotés de l’éprouvette Figure II.06.


20

Figure II.06 Ajustage des éprouvettes découpées.

II.2.5 Usinage du profil

Afin d’avoir la forme final de l’éprouvette on a usiné le profil avec une fraise à deux

lèvres et du diamètre de 20 mm et pour éviter l’effet de la concentration des contraintes au

voisinage des congés de raccordement, la norme NF A 03-160 recommande la base de mesure

L0 au lieu de LC en accord avec la relation :

L0 + w/2 ˂ LC ˂ L0 + 2w

Concernant le fraisage de la partie calibrée et les congés de raccordements, ça requiert une

importante précision et un bon parallélisme des deux surfaces usinées des éprouvettes, et ce

afin d’éviter un éventuel glissement des éprouvettes au niveau des têtes de fixation durant

l’essai de traction.et le dispositif mis au point par A. BELAMRI( enseignant à l’U.A.M.B) qui

ce trouve dans la figure II.07 Nous a permet de réaliser cette partie de l’éprouvette.et pour

l’usinage du profil on a utilisé les conditions du coupe citée dans le tableau ci-dessous.

Machine Outil de

coupe

Vitesse de

coupe Vc

[m/min]

Vitesse de

rotation S

[Tr/min]

Vitesse

d’avance F

[mm/min]

Passe [mm]

Fraiseuse

universelle

Fraise à 2T

avec un

diamètre de

20mm

Ebauche : 29

Finition : 40

Ebauche : 500

Finition : 720

Ebauche : 100

Finition : 160

Ebauche : 0.5

Finition : 0.3

Tableau II.03 condition de coupe pour la réalisation du profil.


21

Figure II.07 Usinage du profil de l’éprouvette.

II.2.6 Le polissage

Le polissage des éprouvettes de traction a été fait en utilisant du papier abrasif de

différentes granulométrie, et ce du plus gros au plus fin : 150, 180, 220, 280, 320, 400, 600,

800 afin d’avoir un bon état de surface sans stries et sans écrouissage.

II.2.7 Géométrie des éprouvettes utilisées

Figure II.08 La géométrie des éprouvettes réalisées pour les essais de traction.


22

Lc : longueur entre congés de raccordement, L0 : longueur de la partie utile de l’éprouvette

(volume utile), e : épaisseur, w : largeur.

II.2.8 le traitement de recristallisation :

Pour le traitement de recristallisation on a pris 10 éprouvettes ce qui veut dire :

02 éprouvettes dans DL (0°)

02 éprouvettes dans DL (90°)

06 éprouvettes dans DL (45°).

On a laissé les éprouvettes dans le four du Hall technologie pendant 90 minutes à une

température de 575 °C

II.3 présentation de notre essai

II.3.1 essai de traction

Les essais ont été réalisés sur une machine de traction de marque Zwick avec un capteur de

force de 50KN (figure II.09) de l’université de Sétif. La vitesse de déformation de la traverse

mobile utilisée et de 2mm/mn. La machine est pilotée par un ordinateur. Pour mesurer les

allongements vrais de manière précise lors de l’essai de traction nous avons utilisé un

extensomètre réglé à une longueur de fixation de 60 mm sur l’éprouvette (Figure II.10).

Le programme de l’ensemble des essais de traction réalisés est comme suit :

A- Essais jusqu’à rupture :

Deux (02) éprouvettes usinées selon la direction de laminage DL de la tôle (=0°)

Deux (02) éprouvettes usinées selon la direction = 90° par rapport à DL

Quatre (04) éprouvettes usinées selon la direction = 45° par rapport à DL

B- Essais interrompus jusqu’à un allongement ΔL de 5,5 mm

deux (02) éprouvettes selon DL (= 0°)

deux (02) éprouvettes usinées selon la direction = 90° par rapport à DL

six (06) éprouvettes usinées selon la direction = 45° par rapport à DL


23

Figure II. 09Machine de traction Type Zwick/50KN pilotée par ordinateur (Université de Sétif)

Figure II.10 Extensomètre réglé à une longueur de 60 mm sur l’éprouvette d’essai.

Chapitre III

Résultats et discussions

Chapitre III Résultats et discussions

24

III.1 Les observations de la microstructure de la tôle en acier E24 d’épaisseur 5mm

La figure III.01 illustre l’aspect hétérogène de la microstructure de la tôle brut de

livraison : gros allongés selon diverses directions (entourés en trait bleu) et présence de zone à

grains fin (entouré en trait vert). Cette microstructure laisse se transforme en microstructure

homogène à grains fins lorsque l’échantillon subit un traitement de recristallisation à

575°C/90mn (Figure III.02).

Figure III.01 Micrographie optique de la tôle en acier E24 brut de livraison (non traité).

Observation selon la face longitudinale mettant en évidence une microstructure fortement

hétérogène : gros grains allongés (entourés en bleu) et zone à grains fins (entourée en vert).

Figure III.02 Micrographie optique de la tôle en acier E24 après recristallisation à

575°C/90mn. Observation selon la face longitudinale mettant en évidence une microstructure

homogène à grains fins.


25

III.2 Caractérisation des propriétés mécaniques en traction

La figure III.03 illustre l’allure de la courbe conventionnelle de traction F=f (ΔL) de

l’éprouvette usinée à 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle forte E24. Cette

courbe est caractérisée par un palier d’écoulement plastique au niveau de la limite

d’élasticité. Ce plateau est propre aux aciers doux et extra-doux [13]. Ce plateau permet de

déduire une caractéristique d’allongement appelée "Allongement pour cent du palier à la

limite d’élasticité (Ap)". C’est l’allongement entre le début d’écoulement (fin du domaine

élastique) et le début de la consolidation.

Les deux autres courbes relatives aux éprouvettes usinées selon la direction du laminage DL

(= 0) et selon =45° par rapport à DL sont présentées en annexe 1.

Figure III.03 Courbe de traction jusqu'à rupture de l’éprouvette usinée selon la direction

=90° par rapport à la direction de laminage DL (=0°) de la tôle forte (épaisseur=5 mm)

brute de livraison en acier E24.

Pour examiner l’effet du traitement de recristallisation à 575°C/90 mn sur le comportement en

traction, nous avons pris le soin de répartir l’ensemble des éprouvettes usinées à partir des

deux plaquettes de tôle comme suit :

1Plaquette 1 notée P1 : éprouvettes destinées aux essais jusqu’à rupture

1.1 Eprouvettes brut de livraison (non traitées) :

Eprouvette usinée selon la direction de laminage DL (=0°) : 1 éprouvette

Eprouvette usinée selon la direction =45° par rapport à DL : 2 éprouvettes

Eprouvette usinée selon la direction =90° par rapport à DL : 1 éprouvette

1.2 Eprouvettes recristallisées à 575°C/90mn




26


2Plaquette 2 notée P2 : éprouvettes destinées à quantifier le coefficient d’anisotropie (essais

interrompus jusqu’à un allongement ΔL=5,5 mm)

2.1 Eprouvettes brut de livraison (non traitées) :




2.2 Eprouvettes recristallisées à 575°C/90mn




Le dépouillement des courbes de traction obtenues a permis de déterminer les deux

classes de propriétés à savoir les propriétés de résistance et les propriétés de plasticité

(ductilité). Les propriétés de résistance concernent la limite d’élasticité apparente Re et la

résistance à la traction Rm. Les propriétés de plasticité concernent le coefficient de

consolidation (écrouissage) n, le coefficient de striction Z et l’allongement pour cent du palier

à la limite d’élasticité (Ap).

Pour minimiser les incertitudes de mesure inévitables en utilisant la règle graduée en mm lors

du dépouillement des courbes, nous avons utilisé le logiciel SolidWorks pour traiter nos

courbes (cf. Figure III.04). En effet, pour chaque plot choisi sur la courbe, le logiciel identifie

de manière précise la valeur sur la force correspondante (axe des ordonnées) et la valeur sur

l’allongement absolu ΔL (axe des abscisses).


27

Figure III.04 Principe du traitement d’une courbe de traction par le logiciel SolidWorks. Pour

chaque plot choisi sur la courbe, on obtient directement la valeur correspondante sur l’axe des

ordonnées (force F) et sur l’axe des abscisses (allongement de l’éprouvette ΔL).

III.2.1 Les propriétés de résistance Re et Rm

La figure III.05 rassemble les résultats sur la limite d’élasticité apparente Re et la

résistance à la traction Rm obtenus selon les trois directions = 0, 45 et 90° par rapport à la

direction de laminage DL de la tôle brut de livraison (non traité). Il est remarquable de

constater que la meilleure résistance sur Re et Rm est obtenue pour la direction = 90°, soit

une augmentation de l’ordre de 11% en moyenne pour Re et 4% pour Rm. Pour les deux

autres directions = 0 et 45°, l’évolution est insignifiante : 3% sur Re avec un écart de 9 MPa

et 0,7% sur Rm avec un écart de 3 MPa. On relève donc une anisotropie significative selon la

direction = 90°.

Figure III.05 Limite d’élasticité apparente Re et résistance à la traction Rm obtenues selon

les directions = 0, 45, 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle en acier E24

brut de livraison (non traité)

La figure III.06 rassemble les résultats sur Re et Rm obtenus selon les trois directions

= 0, 45 et 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle ayant subi le traitement

thermique de recristallisation à 575°C durant 90mn. Il est remarquable de constater

l’homogénéité des valeurs obtenues sur Re et sur Rm pour les trois directions = 0, 45, 90°.

L’autre aspect bénéfique de ce traitement thermique de recristallisation est l’obtention, selon

la direction = 90°, d’un adoucissement sur Re et Rm par rapport à la tôle brut de livraison

(non traitée). Cet adoucissement est marqué par une diminution de Re et Rm de l’ordre de 5 et

7% respectivement.


28

Figure III.06 Limite d’élasticité apparente Re et résistance à la traction Rm obtenues selon

les directions = 0, 45, 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle en acier E24

après le traitement thermique de recristallisation.

III.2.2 Les propriétés de plasticité

III.2.2.1 Le coefficient de consolidation n

La figure III.07 rassemble les résultats du coefficient de consolidation n obtenus selon les

trois directions = 0, 45 et 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle brut de

livraison et après le traitement de recristallisation. Il est remarquable de constater une faible

consolidation selon la direction = 45° (n=0,114) pour la tôle brut de livraison. Cet écart par

rapport aux deux autres directions présentant une même valeur de n= 0,145 est de l’ordre de

27%. L’effet positif du traitement de recristallisation est clairement mis en évidence avec

l’atténuation de l’anisotropie de n selon cette direction = 45° : l’écart passe de 27% pour la

tôle brut de livraison à 10% pour la tôle recristallisée.


29

Figure III.07 Coefficient de consolidation n de la tôle forte en acier E24 selon les directions

= 0, 45, 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle en acier E24. Effet du

traitement thermique de recristallisation.

III.2.2.2 Le coefficient de striction Z

La figure III.08 rassemble les résultats du coefficient de striction Z obtenus selon les

trois directions = 0, 45 et 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle brut de

livraison et après le traitement de recristallisation. Un maximum est obtenu selon la direction

= 45° pour les deux types de tôles (traitée et non traitée). Cependant, l’écart sur l’ensemble

des valeurs obtenues ne dépasse pas six unités et permet de considérer que ce coefficient de

striction est pratiquement homogène selon ces trois directions [14].


30

Figure III.08 Coefficient de striction Z de la tôle forte en acier E24 selon les directions = 0,

45, 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle en acier E24. Effet du traitement

thermique de recristallisation

III.2.2.3 L’allongement pour cent du palier à la limite d’élasticité Ap

La figure III.09 rassemble les résultats de Ap obtenus selon les trois directions = 0,

45 et 90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle brut de livraison et après le

traitement de recristallisation. Comme pour les cas précédents, l’effet bénéfique du traitement

de recristallisation est clairement établi puisqu’il augmente de manière significative le palier

d’écoulement selon les trois directions : un gain de l’ordre de 60% pour les directions = 0 et

45° et de 53% selon la direction = 90°.


31

Figure III.09 L’allongement pour cent du palier à la limite d’élasticité Apde la tôle forte en

acier E24 selon les directions = 0, 45, 90° par rapport à la direction de laminage DL de la

tôle en acier E24. Effet du traitement thermique de recristallisation.

III.2.2.4 Caractérisation du coefficient d’anisotropie rθ

La caractérisation du coefficient d’anisotropie rθ nécessite la réalisation d’essai de

traction interrompu dans le domaine plastique homogène avant d’atteindre la charge de

rupture. Pour notre cas, les essais réalisés selon les trois directions = 0, 45, 90° ont été

interrompus à une valeur d’un allongement ∆L = 5,5mm (figure III.10).

La procédure et la méthode pour caractériser le coefficient d’anisotropie est présentée au

chapitre 1 (voir § I.4.6.5, chapitre I).


32

Figure III.10 Courbe de traction de l’éprouvette usinée selon la direction =90° par rapport à

la direction de laminage DL de la tôle en acier E24. L’essai est interrompu jusqu’à un

allongement ΔL= 5.5mm dans le domaine plastique homogène sans atteindre la charge

maximale.

La figure III.11 rassemble les valeurs du coefficient d’anisotropie rθ de la tôle en acier

E24 selon les trois directions de sollicitation en traction (θ=0, 45, 90°) des éprouvettes brut de

livraison et des éprouvettes recristallisées. rθ demeure quasiment constant selon les deux

directions θ= 45 et 90° pour les deux cas (brut de livraison et recristallisé). On enregistre par

contre une anisotropie notable selon la direction θ= 0°. Cet écart par rapport aux deux autres

directions est de l’ordre de 40% pour le cas brut de livraison et de 100% en moyenne pour le

cas recristallisé. Cette valeur assez marquée pour le cas recristallisé nous amène à dire que le

traitement de recristallisation n’est pas avantageux. De plus, il fait passer les valeurs de rθ

vers des valeurs inférieures à 1 pour les deux directions θ= 45 et 90° : ceci veut dire que le

traitement de recristallisation confère à la tôle une faible résistance à l’amincissement.


33

Figure III.11 Coefficient d’anisotropie rθ de la tôle en acier E24 selon les directions = 0, 45,

90° par rapport à la direction de laminage DL de la tôle en acier E24. Effet du traitement

thermique de recristallisation

III.3 Influence du taux de réduction d’épaisseur en laminage sur les caractéristiques

mécaniques en traction

En tenant compte des résultats obtenus en 2014 sur le comportement en traction d’une

tôle en acier E24 d’épaisseur 10 mm [15], nous présentons dans ce paragraphe une

comparaison des résultats sur les deux types de tôles brut de livraison du même acier pour

faire ressortir l’effet du taux de réduction en laminage sur les caractéristiques mécaniques en

traction. Ce taux de réduction est de 50% compte tenu que les deux tôles présentent

respectivement des épaisseurs de 10 mm et 5 mm.

La figure III.12 rassemble les résultats de la limite d’élasticité Re et de la résistance à la

traction Rm obtenus selon les trois directions = 0, 45 et 90° par rapport à la direction de

laminage DL des deux tôles brut de livraison avec les épaisseurs 10 et 05 mm respectivement.

Il ressort qu’un taux de réduction de 50% (passage d’une épaisseur de 10 mm à une épaisseur

de 5 mm), diminue sensiblement la limite d’élasticité Re (diminution de l’ordre de 17% pour

les directions et 45° et de 10% pour = 90°). L’évolution de Rm n’est pas sensible (en

moyenne un écart de 3%) du fait qu’elle reste très peu sensible à la variation de la

microstructure [2, 14].


34

Figure III.12 limite d’élasticité Re, résistance à la traction Rm, des éprouvettes brutes de la

tôle forte en acier E24 d’épaisseur 5 et 10mm, obtenue selon les directions 0, 45, 90° par

rapport à la direction de laminage. Les résultats pour la tôle de 10 mm sont issus de [15]

La même tendance est observée sur le coefficient de consolidation (écrouissage) : le

taux de réduction, autrement dit le taux d’écrouissage diminue sensiblement le coefficient de

consolidation (Figure III.13). Cette diminution est de l’ordre de 23, 43 et 9 % pour

respectivement les trois directions = 0, 45 et 90°. Ceci met en évidence que le fort taux

d’écrouissage ayant pour conséquence une augmentation notable de la densité des dislocations

dans le volume du matériau attribue à ce dernier une faible capacité à répartir la déformation

plastique lors de l’emboutissage (opération finale de mise en forme par déformation dans la

fabrication d’un produit fini).


35

Figure III.13 Coefficient de consolidation n [%] des éprouvettes brutes de la tôle forte en

acier E24 d’épaisseur 5 et 10mm, obtenue selon les directions 0, 45, 90° par rapport à la

direction de laminage de la tôle.

Pour ce qui est du coefficient rθ, on relève également la même tendance à savoir que le

taux d’écrouissage de 50% diminue sensiblement rθ de l’ordre de 24% en moyenne (Figure

14). Autrement, le taux de réduction fait diminuer la résistance à l’amincissement pour les

opérations ultérieures d’emboutissage d’une tôle [15].

Figure III.14 Coefficient d’anisotropie rθ des éprouvettes brutes de la tôle forte en acier E24

d’épaisseur 5 et 10mm, obtenue selon les directions 0, 45, 90° par rapport à la direction de

laminage de la tôle.

Conclusion générale

Conclusion générale La tôle forte en acier E24 d’épaisseur est très utilisée par l’Unité Grue de Bejaïa

comme composant du châssis de grue. Le contrôle de la fiabilité de cette tôle brut de

livraison a nécessité l’utilisation de l’essai de traction jusqu’à rupture pour quantifier les

propriétés de résistance et les propriétés de ductilité selon trois direction de sollicitation = 0,

45 et 90° par rapport à la direction de laminage de la tôle DL. La réalisation des essais

interrompus jusqu’à un allongement ΔL= 5,5 mm selon ces même directions de sollicitation

ont permis de quantifier le coefficient d’anisotropie de la tôle.

Les résultats obtenus montrent que :

- la meilleure résistance sur Re et Rm est obtenue pour la direction = 90°, soit une

augmentation de l’ordre de 11% en moyenne pour Re et 4% pour Rm. Pour les deux

autres directions = 0 et 45°, l’évolution est insignifiante : 3% sur Re avec un écart de

9 MPa et 0,7% sur Rm avec un écart de 3 MPa

- la tôle est marquée par une faible consolidation selon la direction = 45°. L’écart par

rapport aux deux autres directions est de l’ordre de 27%.

- L’allongement du palier à la limite d’élasticité Ap présente une plus grande valeur

selon la direction = 90°.

- Le coefficient d’anisotropie rθ demeure quasiment constant selon les deux directions

θ= 45 et 90°. On enregistre par contre une anisotropie notable selon la direction θ= 0°.

L’écart par rapport aux deux autres directions est de l’ordre de 40%.

- Un traitement thermique de recristallisation à 575°C durant 90 mn, confère une

microstructure à grain fins conférant à la tôle un effet bénéfique en atténuant

l’anisotropie sur Re et Rm selon les directions de sollicitation.

- Une atténuation sensible est obtenue sur le coefficient de consolidation n selon la

direction = 45° : l’écart passe de 27% pour la tôle brut de livraison à 10% pour la

tôle recristallisée.

- La recristallisation a permis également d’augmenter notablement le palier

d’écoulement selon les trois directions de sollicitation: un gain de l’ordre de 60% pour

les directions = 0 et 45° et de 53% selon la direction = 90°.

- Ce traitement de recristallisation est par contre un inconvénient pour le coefficient

d’anisotropie du fait qu’il fait passer les valeurs de rθ vers des valeurs inférieures à 1

pour les deux directions θ= 45 et 90° : ceci veut dire que le traitement de

recristallisation confère à la tôle une faible résistance à l’amincissement.

- Enfin, la comparaison de nos résultats avec ceux obtenus en 2014 sur la tôle en acier

E24 mais d’épaisseur 10 mm, fait ressortir que le taux de réduction de 50% (passage d’une

épaisseur de 10 mm à une épaisseur de 5 mm), diminue sensiblement la limite d’élasticité Re

(diminution de l’ordre de 17% pour les directions et 45° et de 10% pour = 90°), le coefficient

de consolidation et le coefficient d’anisotropie. Ceci confirme le résultat connu de la

littérature : un fort taux d’écrouissage a pour conséquence une augmentation notable de la

densité des dislocations dans le volume du matériau qui lui confère une faible capacité à

répartir la déformation plastique avec pour conséquence l’apparition d’une anisotropie

conséquente.

Références bibliographiques

[1] cahier de charge n° 11.00.407/F « tôles en acier prescription générales » Groupe Renault

Véhicules Industriels (RVI)/ Marck.

[2] Lafrance M. « propriétés d’emploi des tôles fortes en acier. Influence des conditions de

fabrication » la revue de métallurgie.CIT, pp.97-117, (janvier 2000).

[3] Montheillet F. " Métallurgie de mise en forme : lois de comportement et évolution

structurales ", Technique de l’ingénieur, M600, pp. 1-16, (1981).

[4] G.Berenger, G.Henry, G.Sanz. « Livre de l’acier », Ed SOLLAC, 1996.

[5] A. Roos, B. Millet « Précis de métallurgie Appliquée »,Edition Technique et

Documentation- Lavoisier. 1998).

[6] J. Paul bailon, J. Marie dorlot. « Des matériaux »,3eme

Edition.

[7] C. Chaussin et G. Hilly « Métallurgie, alliage métallurgie » Tome 1, édition DUNOD,

Monréal, 1976.

[8] Ashby M. F. et Jones D. R. H. "Matériaux: microstructures et mise en œuvre", tome II,

1ere édition Dunod, Paris, (1991).

[9] Marc. Blétry, « Méthode de caractérisation mécanique des matériaux », 2006-2007.

[10] ATI. A, « Essai de traction », polycopié de cours, Département de Génie Mécanique,

Faculté Technologie, Université de Bejaia.

[11] Lafrance. M, « Propriétés d’emploi des tôles forte en acier. Influence des conditions de

fabrication » La revue de métallurgie- CIT, pp. 387-400, (Mars 2000).

[12] Collombié. M, « Matériaux Industriels-Matériaux Métalliques » Edition Dunod, Paris,

pages 97-132, 2000.

[13] :R. Roche, G. Murry. L’essai de traction, Revue de traitements thermiques, N° 194, PP.

71-77 (1985).

[14]: M. Grumbach. "L’essai de traction", Collection: Propriétés d’emploi des aciers-Etude de

base. Editeur : Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier (OTUA), Paris (1976)

[15] : AZZI Mohand Akli. "Etude de l’anisotropie de la tôle forte en acier E24 utilisée comme

élément de structure du châssis de Grue", Projet de fin d’étude de Master 2 en Matériaux

pour l’Ingénierie Mécanique, Département de Génie Mécanique, Université A. Mira de

Bejaia, Juin 2014

[16] : B. Wassilieff. Emboutissage : Règles principales-Calcul-Exemples, 3ème

Edition Dunod,

Paris (1970)

ANNEXE1

Courbe de traction jusqu'à rupture de l’éprouvette non traitées de la tôle forte en acier

E24 :

Eprouvette orientée selon 0° par rapport à la direction de laminage DL [B1 (P1-B-0-1)]

Courbe de traction jusqu'à rupture de l’éprouvette recristallisée (575°C/90min) de la

tôle forte en acier E24 :

Eprouvette recristallisée orientée selon 0° par rapport à la direction de laminage DL [A1 (P1-

R-0-1)]

ANNEXE1


E24 :




Eprouvette orientée selon 45° par rapport à la direction de laminage DL [A2 (P1-R-45-1)]

ANNEXE1


E24 :





ANNEXE1


E24 :




Eprouvette recristallisée orientée selon 0° par rapport à la direction de laminage DL [A1 (P1-

R-0-1)]

ANNEXE1


E24 :





ANNEXE1


E24 :





ANNEXE 1

Courbe de traction jusqu'à rupture des éprouvettes non traitées de la tôle forte en acier

E24 :

Eprouvette orientée selon 45° par rapport à la direction de laminage DL [B4 (P1-B-45°-2)]

Courbe de traction jusqu'à rupture des éprouvettes recristallisées (575°C/90min) de la


Eprouvette orientée selon 45° par rapport à la direction de laminage DL [A4 (P2-R-45°-3)]

ANNEXE 1

Courbe de traction jusqu'à rupture des éprouvettes non traitées de la tôle forte en acier

E24 :

Eprouvette orientée selon 45° par rapport à la direction de laminage DL [B4 (P1-B-45°-2)]

Courbe de traction jusqu'à rupture des éprouvettes recristallisées (575°C/90min) de la


Eprouvette orientée selon 45° par rapport à la direction de laminage DL [A4 (P2-R-45°-3)]

ANNEXE 2

Courbe de traction jusqu'à un allongement de ∆L=5,5mm de l’éprouvettes non traitée

de la tôle forte en acier E24 :

Eprouvette orientée selon 0° par rapport à la direction de laminage DL [C1 (P2-B-0-1)]

Courbe de traction jusqu'à un allongement de ∆L=5,5mm de l’éprouvettes recristallisée

(575°C/90min) de la tôle forte en acier E24 :

Eprouvette orientée selon 0° par rapport à la direction de laminage DL [D1 (P2-R-0-1)]

ANNEXE 2







ANNEXE 2







ANNEXE 2







ANNEXE 2







ANNEXE 2







ANNEXE 2

Courbe de traction jusqu'à un allongement de ∆L=5,5mm de l’éprouvette non traitée de

la tôle forte en acier E24 :


Courbe de traction jusqu'à un allongement de ∆L=5,5mm de l’éprouvette recristallisée



ANNEXE 2







Documents

Comportement en traction de la tôle d’acier E24