Matériaux pour lingénieur PDF maîtriser la structure et

Les Matériaux

Propriétés mécaniques des matériaux. Déformation. C o n tra in te. Elastique et rigide : Céramiques. Souple : polymères. (caoutchouc).

Cours de Propriétés mécaniques des matériaux

Propriétés mécaniques. Elles concernent la déformation d'un matériau soumis à une force. •La résistance : caractérise la contrainte maximale que peut.

Matériaux Mécanique des matériaux

SAPHIRE – Matériaux mécanique des matériaux. 3. 5.4. Relations structure propriété. 65. 5.4.1 Plans de glissements et contrainte d'écoulement.

Chapitre1 : Classification des matériaux

Matériaux 1 : Cours. Page 2. 2 -Propriétés recherchées des matériaux a-Physiques : masse volumique conductibilité électrique

COURS DE CARACTERISATION DES MATERIAUX

? Identifier quelques propriétés de ces classes de matériaux. Pré-requis : ? Notions élémentaires de physique et de chimie. Matériel didactique utilisé :.

Matériaux pour lingénieur

maîtriser la structure et les propriétés des matériaux déterminer la durée de vie et la fiabilité du produit choisir et maîtriser le « bon » matériau.

unité3. Les matériaux et leurs propriétés ab

s noms et les caractéristiques des grandes familles de matériaux. Chaque matériau possède des propriétés mécaniques physiques et chimiques qui lui sont ...

Propriétés thermiques des matériaux et références métrologiques

Applications des propriétés thermiques de matériaux La propriété thermique du matériau qui conditionne l'émission est l'émissivité du matériau.

Élaboration et étude des propriétés électriques dun matériau

25 févr. 2013 propriétés du matériau composite. ... les matériaux composites préparés sont souvent limités en épaisseur (quelques centaines de.

Partie V: Propriétés mécaniques des matériaux

Chapitre 14 Propriétés mécaniques Pour beaucoup de matériaux les propriétés mécaniques déterminent leurs applications potentielles Ce chapitre fournit une base de compréhension pour les propriétés mécaniques DéfinitionsPour une traction (élongation d’une éprouvette) La contrainte ?(N m-2) est la charge F (force) sur la

Chapitre1 : Classification des matériaux

Les matériaux possèdent de nombreuses propriétés : densité résistance conductivité électrique capacité thermique aspect esthétique coût Les matériaux peuvent être mis en forme de façons différentes (aptitude au formage) : déformation

1 Propriétés physiques - sti2d-jbdfr

Les propriétés mécaniques reflètent le comportement des matériaux soumis à des sollicitations mécaniques telles que des pressions des étirements des torsions des frottements des cisaillements des chocs ou sous l'effet de la pesanteur

CHAPITRE 3 Propriétés mécaniques des matériaux

Ainsi les propriétés mécaniques dépendent de la température d’utilisation de l’état de surface des conditions d’application des efforts de la vitesse de déformation Les propriétés mécaniques sont déterminées au moyen d’essais normalisés

Quels sont les propriétés du matériau de construction?

L’une des propriétés importantes du matériau est la résistance en fatigue : aptitude du matériau à résister à un nombre répété de passage des véhicules Conservatoire National des Arts et Métiers Matériaux de construction - CCV015

Qu'est-ce que les propriétés mécaniques ?

Propriétés mécaniques Les propriétés mécaniques reflètent le comportement des matériaux soumis à des sollicitations mécaniques telles que des pressions, des étirements, des torsions, des frottements, des cisaillements, des chocs ou sous l'effet de la pesanteur.

Quels sont les propriétés physiques ?

Les propriétés physiques mesurent le comportement des matériaux soumis à l'action de la température, des champs électriques ou magnétiques, ou de la lumière. 1.1. La masse volumique La masse volumique d’un liquide ou d’un solide est la masse de matériau par unité de volume.

Quels sont les différents types de propriétés mécaniques?

Les principales propriétés mécaniques sont : • Module d’élasticité • Limite d’élasticité, écrouissage, ductilité • Viscosité, vitesse de fluage, amortissement • Charge à la rupture, résistance à la fatigue, à l’usure 2 COMPORTEMENT ÉLASTIQUE DES SOLIDES

Matériaux pour l"ingénieur

30 séances : cours et petites classes alternés

Equipe enseignante : • Y. Bienvenu (Centre des Matériaux) • N. Billon (CEMEF) • M. Blétry (Centre des Matériaux) • E. Busso (Centre des Matériaux) • S. Cantournet (Centre des Matériaux) • A.-F. Gourgues (Centre des Matériaux) • J.-M. Haudin (CEMEF) • L. Nazé (Centre des Matériaux) Coordinateurs : A.-F. Gourgues anne-francoise.gourgues@ensmp.fr

J.-M. Haudin jean-marc.haudin@ensmp.fr

Matériaux et (nouvelles) technologies

Derrière les innovations technologiques

.... se trouvent souvent les matériaux ! Propriétés gouvernées par des phénomènes physiques chimiques mécaniquescommuns à la plupart des matériaux Etudier, comprendre et maîtriser ces phénomènes base de conception innovationintégrant les matériaux

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

3 Exemple : le Panthéon : un ouvrage révolutionnaire... en ruine ?

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Une hauteur et une minceur de parois exceptionnelles grâce à un nouveau procédé : la pierre renforcée de barres de fer C. Blasi, E. Coïsson, I. Iori, Engineering Fracture Mechanics 75 (2008) 379-388 4 Exemple : le Panthéon : un ouvrage révolutionnaire... en ruine ?

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Sous l"effet des chargements mécaniques... et du temps : effondrement ! - Ingénierie de pointe de l"époque : permiers essais de compression systématiques sur la pierre

- On ignorait l"existence du... fluage (déformation lente dans le temps)C. Blasi, E. Coïsson, I. Iori, Engineering Fracture Mechanics 75 (2008) 379-388

5 Objectifs du cours " Matériaux pour l"ingénieur »

Quel matériau pour quel produit ?

Pourquoi ?

Comment ?compréhensionmaîtrise

des relations entre mise en oeuvre(micro)structurepropriétés d"usage

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Organisation du cours

Introduction et élaboration

comment synthétise-t-on les matériaux ? qu"y a-t-il dedans ?4 séances

Mise en forme et propriétés

comment fabrique-t-on les matériaux ? pour quel usage et quelles performances ? Tenue en service et ingénierie des matériaux maîtriser la structure et les propriétés des matériaux déterminer la durée de vie et la fiabilité du produit choisir et maîtriser le " bon » matériau13 séances13 séances

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

7 Première séance : Structure de la matière à l"état condensé Les " briques » constitutives des matériaux et les différentes échelles du nm au cm : 7 ordres de grandeur ! atomes liaisons empilements atomiques solution solide assemblages de grains et de phases

Défauts : omniprésents et essentiels !

" 0D », 1D, 2D, 3D : nature et effets Les grandes familles de matériaux et leurs propriétés génériques

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (2/6) : Température de fusion

C : 3727°C

métaux alcalins :

29 à 180°Calcalino-terreux : 650 à 1277°C

métaux de transition : -38 à 3410°CW La température de fusion indique la " force » des liaisons source : www.webelements.com 10

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (3/6) : Rayon atomique

rayon atomique rayon atomique

He : 53 pm

Cs : 262 pmH : 37 pm

Rn : 140 pm

source : www.webelements.com 11

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (4/6) : Rayon ionique

source : www.sc.maricopa.edu (en pm)

Rayon ionique ¹rayon atomique !!!

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (5/6) : Electronégativité

Attraction vis-à-vis des électrons partagés ou gagnés (mesure : Pauling) source : www.webelements.com F : 4

Cl : 3

Li : 1

K : 0,8

Fe : 1,8

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (6/6) : Synthèse

rayon atomique, caractère métallique rayon ionique, électronégativité, énergie d"ionisation

électronégativité

(sauf mét. transition)rayon ionique rayon atomique T fusion (autres)T fusion (mét. transition) 14

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (1/6) : Nature des liaisons

liaison covalente (deux non-métaux) liaison ionique (un métal et un non métal) liaison métallique (deux métaux)

Liaisons physiques :

liaison hydrogène liaison de Van der WaalsLiaisons chimiques : mixité possible (iono-covalente) Quelques propriétés régies par les liaisons : mécaniques (rigidité, déformabilité...) thermiques (T fusion , dilatation thermique...) propriétés de transport (charges, matière, chaleur) 15

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (2/6) : Liaison covalente

Mise en commun d"un ou de plusieurs électrons pour remplir la couche externe

Géométrie liée à celle des orbitales

liaison dirigée faible compacité anisotropie

Liaison forte matériaux durs, rigides

Source : www.chem.monash.edu.au

éléments d"électronégativités similaires 16

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (3/6) : Liaison ionique

Transfert d"un électron de valence et attraction électrostatique entre les ions

Exemples : halogène + alcalin : NaCl, LiF

Liaison forte matériaux durs, rigideséléments d"électronégativités très différentes

certains oxydes : Al 2O

3, MgO

Liaison non dirigée

compacité maximale compatible avec rayons ioniques respectifs neutralité électrique locale

Source : www.chem.monash.edu.au

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (4/6) : Liaison métallique

Atomes facilement ionisables : électrons de valence faiblement liés au noyau

Liaison entre deux éléments métalliques

Métaux normaux (Al, alcalins...) : liaison assez faible Métaux de transition : composante covalentemise en commun collective d"électron(s) de valence

Liaison non dirigée compacité maximale

" mer » d"ions positifs + nuage d"électrons délocalisés

Source :

www.chem.monash.edu.au (effet des sous-couches incomplètes) liaison plus forte : atomes plus proches, densité 18

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (5/6) : Autres liaisons

Liaison hydrogène

Liaison de Van der Waalsoscillations d"un proton entre deux anions très électronégatifs liaison faible exemples : eau, polymères organiques, ciments attraction électrostatique entre doublets électrons-noyau pas de recouvrement des nuages électroniques liaison faible, non dirigée exemples : polymères, argiles, feuillets de graphite RR"O OH 19

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Liaisons (6/6) : Récapitulation

type de liaison covalente ionique métallique hydrogène Van der Waalsenthalpied"atomisation(kJ/mol)Si 450C (diamant) :717LiF 849NaCl 640MgO 1000CaF

2 1548Na : 108Al : 330Fe : 414W : 849(sublimation à

T fusion H

2O : 51

NH3 : 35(sublimationàT

fusion

Ar : 7.5 O

2 : 7.5

2 : 25 CH

4 : 18

liaison dirigée oui non non non nonconductivitéélectriquefaible (matériauxpurs), augmenteen cas de dopagebasse(électronique) àbassetempératurehaute (ionique) àtempératureélevéeélevée basse (isolants)densité(compacité)faible élevée compacité élevéepropriétésmécaniquesdureté, fragilité dureté, fragilité déformabilité,

plasticitéfaiblerésistancefaible résistance, fortecompressibilitétempérature defusion (°C)élevée élevée faible à élevée faible très faible

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (1/8) : Ordre à courte distance

Coordinence : nombre de premiers voisins

Exemple : solides ioniques : en fonction de

rayons ioniques respectifs charges des cations et des anionsGaz

Matière condensée (liquide, solide)" Courte » ou " longue » distance : par rapport aux distances interatomiques

W.D. Kingery, H.K. Bowen, D.R. Uhlmann, Introduction to Ceramics, 1976, p. 26 21

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (2/8) : Ordre à longue distance

Pas d"ordre à longue distance liquides, verres

Ordre à longue distance cristaux

cristal de siliceverre de siliceverre de silicate

http://ecal-admin.mme.tcd.ie/MSEInteractive Y-M. Chang, D.P. Birnie III, W.D. Kingery, Physical Ceramics, 1997, pp. 83 et 89

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (3/8) : Transition vitreuse et cristallisation

Volume

Vapeur

Liquide

surfonduVerreCristal T

Volume

Ref. rapideRef. lent

TLiquide

Refroidissement à partir de l"état gazeux ou liquide cristallisation : transition isotherme avec dégagement de chaleur transition vitreuse : sans dégagement de chaleur

Le verre a les propriétés d"un solide

mais la structure du liquide qu"il étaità T³T g

Y-M. Chiang et coll.,

Physical Ceramics, 1997, p. 81

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (4/8) : Cristaux

Disposition des atomes :

périodique en 3D ordre à longue distance Invariance par translation selon un vecteur du réseau noeud du réseau On place généralement l"origine sur un atome un atome sur chaque noeud du réseau Il peut avoir des atomes ailleurs que sur les noeuds du réseau mais toujours de manière périodiqueréseau cristallin 24

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (5/8) : Cristaux et symétries Isométries laissant le réseau globalement invariant doivent être compatibles avec la périodicité Combinaisons d"une rotation + translation ou inversion (symétrie centrale) seuls angles de rotation possibles : 12 ,22 ,32 ,42 ,62 p p p p p

Les axes de rotation passent par un même point

32 groupes ponctuels

dont 21 ne possèdent pas de centre de symétrie exemple : matériaux piézoélectriques 25

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (6/8) : Réseaux de Bravais abc ab g 26

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (7/8) : Métaux

Liaison métallique non dirigée

compacité degré de symétrieélevés Structure de la plupart des métaux purs (normaux ou de transition) : cubique à faces centrées (CFC)

Al, Ni, Cu, Au, Ag, Pt, Pb...cubique centrée

(CC)

Li, Na, K, Nb, Mo, Ta...hexagonale compacte

(HC)

Mg, Zn...

Parfois plusieurs structures possibles (polymorphisme) : Fe, Zr, Co, Ti...compacité 0,74 compacité 0,68 compacité 0,74

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Empilements d"atomes (8/8) : Solides ioniques

Structure partiellement régie par le nombre de coordinence (premiers voisins) empilement quasi-compact d"anions (oxygène, soufre...) les cations se placent périodiquement dans les interstices disponibles

CFC : NaCl, LiF, ZnS (blende), Na

2O, BaTiO

3...

HC : ZnS (würtzite), Al

2O 3, Fe 2O 3, Cr 2O 3... W.D. Kingery, H.K. Bowen, D.R. Uhlmann, Introduction to Ceramics, 1976, p. 63 28

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Solution solide (1/3) : Position des solutés dans le réseau cristallinSoluté en insertion (interstitiel)Soluté en substitution (substitutionnel) " petit » élément dans les métaux courants :

C, H, N, O

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Solution solide (2/3) : Sites interstitiels dans le réseau cristallin

2 mailles

CFCExemples : structures CC et CFC

Sites tétraédriques (coordinence 4) Sites octaédriques (coordinence 6) R

T= 0,288 R

at R

O= 0,150 R

at R

T= 0,225 R

atquotesdbs_dbs15.pdfusesText_21

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[PDF] Matériaux pour lingénieur maîtriser la structure et

Quels sont les propriétés du matériau de construction?

Qu'est-ce que les propriétés mécaniques ?

Quels sont les propriétés physiques ?

Quels sont les différents types de propriétés mécaniques?

Matériaux pour l"ingénieur

30 séances : cours et petites classes alternés

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Matériaux et (nouvelles) technologies

Derrière les innovations technologiques

Introduction

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Introduction

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Défauts

Grandes familles de matériaux

Introduction

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Défauts

Grandes familles de matériaux

Quel matériau pour quel produit ?

Pourquoi ?

Comment ?compréhensionmaîtrise

Introduction

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Grandes familles de matériaux

Organisation du cours

Introduction et élaboration

Mise en forme et propriétés

Introduction

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Grandes familles de matériaux

Défauts : omniprésents et essentiels !

Introduction

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Grandes familles de matériaux

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (2/6) : Température de fusion

C : 3727°C

29 à 180°Calcalino-terreux : 650 à 1277°C

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (3/6) : Rayon atomique

He : 53 pm

Cs : 262 pmH : 37 pm

Rn : 140 pm

Introduction

Structure

Défauts

Grandes familles de matériaux

Atomes (4/6) : Rayon ionique

Rayon ionique ¹rayon atomique !!!

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Grandes familles de matériaux

Atomes (5/6) : Electronégativité

Cl : 3

Li : 1

K : 0,8

Fe : 1,8

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Grandes familles de matériaux

Atomes (6/6) : Synthèse

électronégativité

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