Science des Matériaux -‐ Correction

IUT Lyon 1 -­‐ Génie Mécanique et Productique Science des Matériaux -­‐ Correction Module F216 : « Matériaux métalliques » -­‐ 2ème semestre 2011-­‐2012 -­‐ amphi C 1. Pourquoi les métaux cubiques à faces centrées n’ont-­‐ils pas de transition ductile-­‐fragile ? (1 pt) Parce qu’ils sont très compacts et possèdent un grand nombre de systèmes de glissement, favorisant ainsi le glissement des dislocations. 2. A 20 °C, l'étain (qui fond à 232 °C) est-­‐il à haute ou basse température ? Justifier. (1 pt) Tf/2 = (232+273)/2 -­‐ 273 = -­‐20,5 °C -­‐> T>Tf/2 -­‐> haute température. 3. Que se passe-­‐t-­‐il lorsque l'augmentation de la température provoque le franchissement d'un point péritectique ? (1 pt) Une phase solide se tranforme en une autre phase solide et un liquide. 4. Quelles sont les 3 conditions que doit remplir un élément pour rendre un métal « inoxydable » ? (2 pts) Former une couche d’oxyde compacte ; être soluble dans le métal ; être plus oxydable que le métal. 5. Pourquoi le chrome s'oxyde-­‐t-­‐il moins vite à l'air que le cuivre ? (1 pt) Car son oxyde forme une couche compacte protectrice, alors que celle du cuivre est poreuse. 6. On donne le diagramme de phases du système Cr-­‐Pt (chrome-­‐platine) ci-­‐dessous. a-­‐ Complétez ce diagramme. (0,5 pt) b-­‐ Quelles phases sont des solutions solides ? Des composés définis ? (0,5 pt) Solutions solides : α, β, ε. Composé défini : Cr4Pt. c-­‐ Quelles phases apparaissent et disparaissent lorsque l'on refroidit depuis l'état liquide un alliage contenant 45 % de platine ? (0,5 pt) L -­‐> L+ε -­‐> ε -­‐> ε+β -­‐> β. d-­‐ Donnez l’intervalle de solidification d’un alliage contenant 95 % de chrome. (1 pt) 1910-­‐2090 K. e-­‐ Quelle est la solubilité maximale du chrome dans la phase β ? (1 pt) 62 %. f-­‐
On porte un alliage contenant 25 % de platine à 700 K. Quelles sont les phases en présence ? Déterminez leur composition et leurs proportions. (2 pts) 2 phases : Cr4Pt et β. Composition : cPt(Cr4Pt) = 20 %, cCr(Cr4Pt) = 80 %, cPt(β) = 39 %, cCr(β) = 61 %. Proportions : CCr4Pt = (cPt(β)-­‐ cPt)/(cPt(β)-­‐ cPt(Cr4Pt)) = 74 %, Cβ = 26 %. g-­‐ L’alliage défini à la question f-­‐ a une masse totale de 10 g. Quelle est la masse de chrome dans chacune des phases ? (1 pt) mCr(Cr4Pt) = cCr(Cr4Pt) x CCr4Pt x mtot = 5,9 g ; mCr(β) = cCr(β) x Cβ x mtot = 1,6 g. 7. On applique un effort de traction dans le sens de la longueur sur un bloc d’alliage d’aluminium (longueur L0 = 61 mm, largeur b0 = 25 mm, épaisseur e0 = 0,90 mm) entaillé à l’intérieur. La longueur initiale de la fissure est l = 9 mm. On donne la ténacité de l’alliage KIc = 35 MPa m1/2 et le facteur géométrique Y = 2,2. a-­‐ Pour quelle force appliquée F l’éprouvette va-­‐t-­‐elle se rompre de manière brutale ? (1 pt) !!c !! !!
! = = 3,01 kN ! ! ! 2
b-­‐ Redimensionner la pièce afin que celle-­‐ci ne se rompe pas sous une force F’ = 4 kN. On ne changera qu’une seule dimension. Montrer le calcul effectué. (1,5 pt) !! = ! ! ! !! !
!!c !!
= 33,2 mm ou !! = ! ! ! !! !
!!c !!
= 1,20 mm 8. La figure ci-­‐dessous représente la courbe de Wöhler d’un acier doux : 103 104 105 106 107 108 a-­‐ Ce matériau possède-­‐t-­‐il une limite d’endurance ? Si oui, donner sa valeur, sinon expliquez pourquoi il n’y a pas de limite d’endurance. (0,5 pt) Oui, ~ 230 MPa b-­‐ Donner la durée de vie de cet acier pour une amplitude de contrainte de 200 MPa. (0,5 pt) Infinie c-­‐ Indiquer sur le graphe la zone de fatigue oligocyclique et celle de fatigue mégacyclique. (1 pt) Oligocyclique : rupture pour moins de 10000 cycles, mégacyclique : pour plus de 10000 cycles. d-­‐ Un vilebrequin fabriqué avec cet acier tourne à 35 tr/min. Déterminer l’amplitude de contrainte maximale tolérable si la durée de vie du couplage est de 2 jours. (1,5 pt) N = 2x24x60x35 = 105 cycles -­‐> 310 MPa. e-­‐ Cet acier fonctionne en fatigue pendant N = 4.104 cycles sous une contrainte alternée d’amplitude 310 MPa, puis sous une contrainte alternée d’amplitude 260 MPa. Au bout de combien de cycles peut-­‐on prévoir la rupture ? (1,5 pt) 4.104 / 105 + N’ / 106 = 1 -­‐> N’ = 106 x ( 1 -­‐ 4.104 / 105 ) = 6.105 cycles.