Qu’est-ce qu’une fracture dans les matériaux et leurs types?

Qu’est-ce que la fracture ?

Une fracture est une scission de matériau qui englobe toute la section transversale d’un matériau, d’un composant ou d’un système technique complexe, provoquant son effondrement avec des surfaces irrégulières. Dans de nombreux cas, les fractures peuvent commencer par des fissures. Où la fissure fait référence à une scission de matériau qui n’englobe pas toute la section transversale d’un matériau, d’un composant ou d’un système technique complexe, ne provoquant pas encore sa désintégration. Les fissures sont dans de nombreux cas les points de départ d’une fracture.

A l’origine de nombreux cas de dommages, comme la rupture brutale d’une série de « Liberty ship » et de « tankers T2 » dans les années 1940, ou les nombreux crashs spectaculaires du DeHavilland DH 106 « COMET », premier moteur à réaction de série au monde avion de ligne, dans les années 1950 ont finalement été expliqués en évaluant les mécanismes de fracture.

cassant-fracture

Types de fractures

Tous les types de fracture impliquent des combinaisons des paramètres répertoriés dans ce résumé et dépendent du type de contrainte, du type de déformation et du type de mécanisme de fracture opérant dans le matériau concerné. Les principaux types de mécanismes de rupture observés dans les matériaux d’ingénierie sont présentés ci-dessous :

  1. Fracture forcée
  2. Fracture liée à la fatigue
  3. Rupture ductile (rupture ductile)
  4. Fracture fragile (fracture de clivage)
  5. Fracture par glissement
  6. Fracture de clivage fracture

Qu’est-ce que la fracture forcée?

Les fractures forcées sont les types de fractures où des contraintes externes font qu’un matériau se brise. Les fractures forcées peuvent être divisées en fractures fragiles et en fractures ductiles. Comme le montre l’image ci-dessous, les caractéristiques des matériaux fragiles entraînent une destruction fragile. Cela peut se produire à la fois transgranulaire et intergranulaire. En revanche, les fractures ductiles se caractérisent par une réduction plus ou moins nette de la surface. La fracture peut commencer par une formation interne en nid d’abeilles mais, avec une fluidité suffisante, ce n’est pas nécessairement le cas.

Qu’est-ce que la fracture ductile ?

L’écoulement d’un matériau peut être vu comme le glissement des plans cristallins les uns par rapport aux autres et donc le mouvement des dislocations. Le matériau a un comportement plastique et est donc ductile. La fissure commence par la confluence des dislocations (failles linéaires du réseau) aux joints de grains et de phases. En conséquence, des concentrations de contraintes locales sont développées. Enfin, la fracture est ainsi liée à de fortes déformations locales.

Qu’est-ce que la fracture de fatigue?

Des fractures de fatigue ou cycliques se forment si, en raison des changements de charge appliqués, des processus microplastiques ont lieu au niveau des plus petites encoches de surface internes ou externes. Ceux-ci peuvent conduire à des pics de contraintes à un niveau microscopique ou macroscopique.

Par conséquent, les excès de limite d’élasticité et d’allongement conduisent à des fissures petites ou microscopiques dans la microstructure. La formation de ces fissures dépend de nombreux paramètres.
Il s’agit notamment de :
– l’intensité de la charge,
– la durée de la charge,
– le type de charge,
– la forme de l’encoche,
– la taille de l’encoche.
Le résultat est une fissure avec des sections en forme de coin. De plus, les fractures de fatigue présentent une surface de fracture principale lisse et cassante avec de nombreuses « lignes de repos » ainsi qu’une fracture forcée résiduelle grossière et rugueuse qui peut se produire à la fois ductile et cassante.

Qu’est-ce que la fracture de fluage?

A contrainte constante et au-dessus d’une température dite de transition Tt ou Tü, des processus transgranulaires (par exemple en raison de mouvements de dislocation/diffusion de lacunes) et intergranulaires (par exemple glissement de joint de grain/diffusion) ont lieu dans la microstructure. Ceci est d’abord associé à une augmentation linéaire suivie d’une augmentation exponentielle de la déformation. Ce phénomène est appelé fluage. Cependant, tôt ou tard, le matériau ne sera plus en mesure de compenser la contrainte croissante constante et les fissures qui se produisent et qui forment le début des fractures, appelées fractures de fluage.

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