Essai de dureté

La dureté d’un métal correspond à son aptitude à résister à la pénétration. Plusieurs ouvrages font référence à un lien entre la dureté et les caractéristiques mécaniques du matériau ; un changement de la valeur de la dureté implique un changement des propriétés du matériau. Une baisse de cette dureté correspondant le plus souvent à une baisse de ses propriétés. L’objectif de

75,9 73,8 34,8 70,5 71,1 20,3 63,6 57,1 7,2 Re Rm E

Baisse des caractéristiques mécaniques des éprouvettes soudées (référence éprouvette saine). Valeur en %

cet essai est de déterminer l’étendue de la zone affectée thermiquement causée par le soudage ; on connaitra ainsi l’étendue de la zone où il y a un changement de propriété mécanique.

La méthode de mesure de dureté employée est la dureté Brinell (HRB). C’est un essai de pénétration mécanique et le pénétrateur est une bille en acier trempé polie. La valeur de dureté Rockwell est mesurée à l’aide de la pénétration rémanente laissée par le pénétrateur sur lequel on applique une faible charge. Les duretés des couches superficielles peuvent différer des duretés à cœur. C’est pourquoi des duretés superficielles ne coïncident pas avec celles mesurées sous fortes charges. Il est donc nécessaire, lors de tests de dureté, d’indiquer le chargement. L’appareil utilisé pour ce test est de modèle Instron 3000. Il permet de mesurer la dureté Brinell sous une charge de 500 à 1000N.

On sait qu’on peut diviser en trois zones le métal autour du cordon de soudure ; le métal de base (MB), la zone affectée thermiquement et la zone fondue (ZF). Chacune de ces zones possède des propriétés mécaniques différentes. Ainsi, connaître l’étendue de chacune de ces zones devient très important.

Les essais de dureté sont réalisés sur six échantillons différents car la soudure présente de grande disparité. Les valeurs de dureté seront relevées sur trois zones du cordon ; le début du cordon de soudure (apport de chaleur supérieur), la partie centrale du cordon et la fin du cordon de soudure (apport de chaleur important). Les points de mesure de dureté sont pris le long d’une ligne comme présentée à la figure 4.11 (les lignes sont numérotées de 1 à 3).

Le premier essai de dureté est réalisé sur un cordon entre deux plaques d’épaisseur 6mm. Le cordon de soudure est présenté à la figure 4.11.

Figure 4.11 : Cordon de soudure, épaisseur 6 mm

Les trois graphiques, figure 4.12 à 4.14, présentent les valeurs moyenne de dureté obtenues au cours des essais sur les échantillons. La première mesure est réalisée au démarrage du cordon de soudure, la deuxième au milieu du cordon et la troisième à la fin du cordon de soudure.

Figure 4.12: Dureté en début de cordon

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 Du re t H RB Distance du cordon (mm)

Dureté HRB début de cordon

1 2 3

Figure 4.13: Dureté en milieu de cordon

Figure 4.14: Dureté en fin de cordon

Les figures 4.15 et 4.16 présentent l’étendue et l’écart type pour chaque point de mesure de dureté pour les trois zones. On constate une étendu importante des résultats dans la zone affectée thermiquement, de même pour l’écart type. L’étendu et l’écart des résultats sont expliqués par la forte variabilité du soudage.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 Du re té H RB distance du cordon (mm)

Dureté HRB milieu du cordon

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 Du re té H RB DIstance du cordon (mm)

Figure 4.15: étendue des mesures de dureté

Figure 4.16: écart type des mesures de dureté

Le tableau 4.4 présente les résultats obtenues pour les 6 échantillons, la figure 4.17 présente une synthèse de l’étendue de la ZAT en fonction de la position du cordon :

0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 éten d u e distance du cordon (mm)

étendu des résultats

début de cordon milieu de cordon fin de cordon

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 0 20 40 60 80 100 120 écart t yp e (H RB) distance du cordon (mm)

écart type

Tableau 4.4 : Mesures de dureté pour une épaisseur de 6 mm

Zone Zone fondue ZAT Métal de base

Dureté HRB >10 De 30 à 60 55

Dimension (à partir

du cordon) en mm De 0 à 10 De 10 à 60 À partir de 60

Figure 4.17: Étendue des différentes zones autour d’un cordon de soudure

On remarque que la moyenne de dureté varie d’une zone à l’autre. Sa valeur dans le métal de base est inférieure à celle dans la zone affectée thermiquement et supérieure à celle dans le cordon de soudure. On peut résumer les résultats sous la forme suivante :

𝐻𝑅𝐵𝑍𝐴𝑇 > 𝐻𝑅𝐵𝑀𝐵 > 𝐻𝑅𝐵𝐶𝑂𝑅𝐷

L’explication de cette différence de dureté peut être expliquée par les transformations au niveau de la structure métallurgique, (40). La figure 4.18 présente la répartition des différentes zones sur un assemblage en T.

On constate aussi que la zone affectée thermiquement est plus étendue dans les zones de démarrage et de fin de cordon de soudure dû à l’apport supérieur de chaleur.

14 ₁₀ 14

60

50

60

debut de cordon Milieu de cordon Fin de cordon

Étendue des différentes zones autour d'un

cordon de soudure . Valeur en mm

Figure 4.18 : Différentes zones du métal (40) Source d’erreur :

- Étalonnage de l’appareil de mesure de dureté : Erreur négligeable - Variation des points de mesure de dureté : Erreur estimée : 2%

Conclusion :

Cet essai a permis de déterminer l’étendue de la zone affectée thermiquement. On pourra ainsi connaître la zone où les caractéristiques mécaniques sont abaissées et la prendre en compte dans le post traitement des données issues du modèle numérique.

Conclusion de la première étape de la méthodologie

La première étape de la méthodologie a permis de déterminer l’impact d’un cordon de soudure sur les caractéristiques mécaniques de l’alliage d’aluminium. Les essais de tractions sur éprouvette permettent de connaitre l’influence d’un coron de soudure sur les caractéristiques mécaniques, les essais de dureté permettent de déterminer l’étendue de la ZAT. Ces données seront utilisées pour affiner le post traitement des modèles numériques. Cela permet de répondre au second objectif fixé dans la section 1.4.2.