Dans le but de caract´eriser l’anisotropie du comportement plastique, des essais de traction ont
´et´e r´ealis´es `a la temp´erature ambiante.
a) Proc´edure exp´erimentale
Des ´eprouvettes cylindriques de traction ont ´et´e pr´elev´ees dans les aciers P1 et Tu. Les essais de traction sont r´ealis´es selon les 3 directions principales de la tˆole et du tube :
• pour les deux premiers axes principaux, L et T, on utilise une ´eprouvette cylindrique Φ0= 5mm (Fig. III.1a).
• pour la direction de travers-court (selon ´epaisseur), on utilise une g´eom´etrie r´eduite Φ0 = 3mm (Fig. III.1b).
30
50
M8x12.5
7
7
4
8
3
5
r= 3
4 r=1.7 a)
b)
Figure III.1 : ´Eprouvettes de traction cylindriques. a: de 5mm de diam`etre, b: de 3mm de diam`etre.
Au moins quatre essais ont ´et´e r´ealis´es par direction de traction. Les essais ont ´et´e effectu´es sur une machine de traction Instron 8500 de capacit´e 250kN, `a d´eplacement impos´e tel que la vitesse de d´eformation moyenne soit initialement ´egale `a 5.10−4s−1. Les mesures effectu´ees sont :
III.1. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DU COMPORTEMENT 51
• force : cellule de charge de 50kN,
• allongement : extensom´etrie longitudinale MTS 632-11c-20,
• r´eduction diam´etrale: capteur diam´etral MTS 632-02c-21.
Un syst`eme d’acquisition informatique est utilis´e en plus d’une table tra¸cante. Le capteur diam´etral est constitu´e de deux pinces mont´ees sur un extensom`etre MTS. Un trait plac´e sur les tˆetes des ´eprouvettes permet, dans tous les cas, de rep´erer le sens perpendiculaire au travers- court (S).
Les essais ont ´et´e interrompus avant la striction de l’´eprouvette afin de d´eterminer les contractions diam´etrales ∆Φ1 et ∆Φ2 des deux directions perpendiculaires servant `a calculer le coefficient de Lankford (coefficient R). Ce coefficient caract´erisant l’anisotropie de d´eformation est d´efini comme le rapport des taux de d´eformation radiaux. On a aussi effectu´e des interruptions apr`es la striction pour mesurer les diam`etres minimum de la striction afin d’utiliser la mod´elisation inverse pour identifier des param`etres de la loi de comportement du mat´eriau.
b) R´esultats
Les valeurs de la limite d’´elasticit´e (Rp0.2%) et de r´esistance `a la traction (Rm) de l’acier de la tˆole, P1, et du tube, Tu, sont report´ees sur la figure III.2. On constate une dispersion importante sur les valeurs de Rp0.2% et Rm pour une direction de traction donn´ee de l’acier Tu, alors que la dispersion est faible pour P1. On explique ceci par une pr´ed´eformation h´et´erog`ene de la mise en forme du tube par le proc´ed´e ’UOE’. Cette pr´ed´eformation fait aussi augmenter la limite d’´elasticit´e (Rp0.2%) de l’acier du tube. Des courbes de traction repr´esentatives sont rappel´ees sur la figure III.3. A noter que le tube satisfait des exigences impos´ees par la d´efinition du grade X100, ce qui n’est pas le cas de la plaque P1.
Tu P1
Tu P1
R(MPa)
S T L S T L S
T L S T L 850
800 750 700 650 600 550
R
p0.2R
mFigure III.2 : Valeurs des limites d’´elasticit´e et des r´esistances `a traction des aciers P1 et Tu.
52 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
TR4LA TR1TA TR1SA 1TR5L
1TR7T 1TR3S
Tu P1
∆L L0
F/S0(MPa)
0.1 0.08
0.06 0.04
0.02 0
0.08 0.06
0.04 0.02
0 900 750 600 450 300 150 0
i Figure III.3 : Courbes conventionnelles de traction des aciers P1 et Tu. Seules les donn´ees jusqu’au maximum de la charge dont trac´ees.
Les ´eprouvettes dans le sens T ont la limite d’´elasticit´e et la r´esistance `a traction plus ´elev´ees que les ´eprouvettes dans le sens L (Tab. III.1). La diff´erence est plus notable pour le tube, Tu.
Le rapport entre Rp0.5% et Rmde l’acier Tu est proche de 1, ce qui montre que cet acier poss`ede un faible taux d’´ecrouissage. De plus, l’allongement r´eparti, Ar, de l’acier Tu est faible, inf´erieur
`a 5% pour les directions L et T. Ces caract´eristiques sont importantes car elles correspondent `a une plus grande sensibilit´e `a la localisation de la d´eformation.
L’´evolution des d´eformations radiales dans le cas d’une traction L de l’acier P1 est repr´esent´ee sur la figure III.4. La d´eformation diam´etrale est notablement plus ´elev´ee dans le sens de l’´epaisseur de la tˆole que suivant le diam`etre T. Ceci est du `a l’anisotropie plastique du mat´eriau.
L’origine physique de l’anisotropie plastique au cours d’un essai de traction a deux sources : l’anisotropie initiale du mat´eriau et l’anisotropie induite par la d´eformation au cours de l’essai de traction:
• l’anisotropie initiale a d´ej`a ´et´e mise en ´evidence quand on compare les limites d’´elasticit´e mesur´ees dans les trois directions L, T et S.
• l’anisotropie induite est visible sur la figure III.5 qui montre les faci`es de rupture des
´eprouvettes de traction cylindrique. La section initialement circulaire devient elliptique.
Les valeurs du coefficient de Lankford obtenues pour les aciers P1 et Tu sont donn´ees dans le tableau III.1. On observe que la plus forte anisotropie se produit pour une sollicitation suivant le sens L, avec R=0.53 pour l’acier P1 et R=0.69 pour l’acier Tu. Toutes les directions donnent une valeur en dessous de l’unit´e, ce qui nous indique que l’´epaisseur se contracte plus par rapport au sens perpendiculaire.
La figure III.6 pr´esente des mesures des r´eductions diam´etrales dans la zone de striction
III.1. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DU COMPORTEMENT 53
Acier Sens Rp0.2% Rp0.5% Rm Ar Z
Rp0.5%/Rm Lankford R(α)
(MPa) (MPa) (MPa) (%) (%) d´efinition valeur
P1
Tu
L 574 624 770 7.8 84 0.81 T/S 0.53
T 614 662 797 6.6 79 0.83 L/S 0.79
S 606 639 759 6.1 79 0.84 T/L 0.69
L 658 682 748 4.6 84 0.91 T/S 0.69
T 746 750 772 4.1 80 0.97 L/S 0.87
S 683 683 754 5.3 78 0.93 T/L –
Rp0.2% : limite d’´elasticit´e `a 0.2% de d´eformation plastique (MPa), Rp0.5% : limite d’´elasticit´e `a 0.5% de d´eformation plastique (MPa), Rm : r´esistance `a la traction (MPa),
Ar : allongement homog`ene r´eparti (%),
Rp0.5%/Rm : rapport entre la limite d’´elasticit´e `a 0.5% et la r´esistance `a traction, Z : taux de r´eduction d’aire `a rupture (%),
R(α) : coefficient de Lankford en fonction de la direction de pr´el`evement.
Tableau III.1 : Propri´et´es m´ecaniques de traction des aciers P1 et Tu (5×10−4s−1, 20◦C ) (valeurs moyennes).
dans le cas d’une traction L de l’acier P1. Ces mesures serviront `a d´eterminer le deuxi`eme terme exponentiel de la loi d’´ecrouissage utilis´ee (chapitre V).
Les r´esultats de mesures de la r´eduction d’aire `a rupture, Z, calcul´ees apr`es essai par la mesure de deux diam`etres transversaux `a rupture sont report´es sur la figure III.7.
54 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
Plasticit´e isotrope
S
T
D´eformation axiale
D´eformationsradiales
0.1 0.08
0.06 0.04
0.02 0
0
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05
Figure III.4 : ´Evolution des d´eformations radiales dans le cas d’une traction L de l’acier P1.
III.1. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DU COMPORTEMENT 55
∆L/L0
F/S0(MPa)
0.25 0.2
0.15 0.1
0.05 0
900 750 600 450 300 150 0
∆L/L0 F/S0(MPa)
0.25 0.2
0.15 0.1
0.05 0
900 750 600 450 300 150 0
∆L/L0 F/S0(MPa)
0.4 0.3
0.2 0.1
0 900 750 600 450 300 150 0
1TR2L
1TR7T
1TR3S T 1mm S
L 1mm S
T 500µm L
Figure III.5 : Faci`es de rupture et courbes conventionnelles des essais de traction de l’acier P1.
56 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
simulation
S T
∆Φ/Φ0 F/S0(MPa)
0.6 0.5
0.4 0.3
0.2 0.1
0 800
600
400
200
0
Figure III.6 : Evolution des d´eformations radiales dans la zone de striction dans le cas d’une traction L de l’acier P1.
TL
Tu P1
[1.75]
[1.40]
[1.15]
[0.75]
[0.33] [0.33] [0.75] [1.15] [1.40] [1.75]
g´eom´etrie [triaxialit´e]
Z=S0−S S0
TR DP AE4 AE2 AE1 TR DP AE4 AE2 AE1
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
Figure III.7 : Striction `a rupture de diff´erentes g´eom´etries des aciers P1 et Tu (valeurs moyennes).
III.1. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DU COMPORTEMENT 57