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LES PROPRIETES PHYSIQUES Un des intérêts majeurs des aciers est la grande diversité de leurs propriétés qui permet de choisir celui qui convient le mieux à chaque emploi. Les grandes propriétés physiques des aciers sont détaillées dans cet article.

La masse volumique L’acier est un matériau dense. Sa masse volumique est peu affectée par sa composition chimique et par les traitements thermiques. A la température ambiante, la masse volumique du fer est de 7,83 g/cm3. Celle des aciers varie entre 7,75 et 7,95. Symbolique : ρa

Module d’élasticité longitudinal (module de Young) Dans le domaine élastique, la contrainte est proportionnelle à l’allongement (loi de Hooke). Pour les forces de traction et de compression, la constante de proportionnalité s’appelle module d’élasticité longitudinale (ou module de Young) et est représentée par E. Dans un état de contrainte uni axiale, nous avons :

E=σ1ε1

La dilatation linéique n’ayant pas d’unité (c’est un rapport de deux longueurs, le module a les mêmes unités que la contrainte et s’exprime en mégapascal (MPa). Les valeurs de E sont très peu affectées par la composition des aciers. Par contre la température affecte sensiblement les valeurs de E.

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Second module de Lamé ou module de Coulomb (G) Le module de Coulomb est, par définition, le rapport de la charge unitaire de glissement au glissement. Symbolique : G (Mpa) Les difficultés de mesures précises de G sont liées à celle de E (module d'élasticité). G est parfaitement déterminé, lorsque l’on connaît le module d’élasticité longitudinal E et le coefficient de Poisson v, par la relation :

G=E

2(v+1)

Les valeurs de G sont très peu affectées par la composition des aciers. Par contre la température affecte sensiblement les valeurs de G.

Coefficient de Poisson (v) Lorsqu’une barre est en traction, elle s’allonge dans le sens longitudinal et elle se contracte dans le sens transversal (fig a); de même, une charge compressive produit une diminution de la longueur et une dilatation de la section transversale (fig b).

v est le rapport entre la contraction transversale et l’allongement longitudinal. Dans les matériaux isotropes, les constantes élastiques E, G et v sont liées par la relation :

ν=E

2G -1

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Cette formule sert de définition du coefficient de Poisson. La composition chimique d’un acier affecte très peu le coefficient de Poisson. La température augmente légèrement le coefficient de Poisson.

Coefficient de dilatation Le fait de modifier la température d’une substance, quel que soit son état physique entraîne une variation de son volume. Si la substance est à l’état solide, il est commode d’apprécier des variations de longueur. On définit dans ce cas :

• La dilatation moyenne, symbolique α est exprimée en 10-6/K et correspond à la dilatation entre la température ambiante et la température de service.

• La dilatation vraie, symbolique ά exprimée en 10-6/K correspond à la dilatation à la température ambiante.

L’utilisation de l’un ou l’autre coefficient dépend essentiellement de la nature du problème. Les valeurs de ces coefficients sont très sensibles à la composition chimique de l’acier et à la température. Capacité thermique massique moyenne Dans toute transformation réversible d’un système, au cours de laquelle on étudie la chaleur échangée et la variation de température, on peut définir la capacité thermique d’un corps comme étant le quotient de la quantité de chaleur absorbée par la variation de la température observée. La capacité thermique massive moyenne, symbolique Čp est exprimée en J/(kg∙K) correspondant donc à l'énergie nécessaire pour échauffer 1 kg métal de 1°C.

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Conductivité thermique La conductivité thermique décrit la transmission de la chaleur (densité de flux thermique) par conduction, en présence d’un gradient de température. La conductivité thermique, symbolique λ est exprimée en W/(kg∙K).

Résistivité électrique A la température ambiante, la résistivité d’un acier est très sensible à sa composition chimique et sa structure. Elle est particulièrement affectée par la teneur en carbone, ainsi que par tous les éléments d’alliages. Lorsque la température augmente, la résistivité augmente sensiblement. La résistivité électrique, symbolique ρ est exprimée en µΩ∙m.