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Résistance mécanique des vis

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Essai de traction

Les matériaux sont caractérisés au travers d'essais mécaniques (traction, résilience, dureté,...).

L'essai de traction est réalisé en "tirant" sur une éprouvette calibrée jusqu'à rupture et met en évidence le comportement macroscopique de la matière.

eprouvette soumise a essai traction
Voir l'animation de l'essai de traction

Déformation élastique → plastique → rupture

L'effort fourni par le banc d'essai et la déformation de l'éprouvette sont enregistrés. Le diagramme suivant illustre les résultats obtenus sur une éprouvette en acier. Avec d'autres matériaux les résultats seraient analogues.

courbe effort deformation

La courbe présente d'abord une partie linéaire (ligne verte). Si l'effort est relâché avant de sortir de cette zone, l'éprouvette reprend sa forme initiale, c'est le domaine élastique.


L'effort augmentant encore, l'éprouvette s'allonge rapidement (ligne rouge) jusqu'à rupture. On se trouve dans le domaine plastique.


Si l'effort est relâché avant rupture, l'éprouvette conserve une déformation permanente; il y a déplacement du domaine élastique.


Limite élastique et résistance à la rupture

result essai traction

La contrainte vue par le matériau est définie par le rapport entre l'effort appliqué et la section de l'éprouvette.

section contrainte

La limite élastique Re est la valeur de la contrainte au point de transition élastique/plastique (passage de la droite verte à la courbe rouge sur le schéma ci-dessus).

La résistance mécanique Rm est la valeur de la contrainte à la rupture.

gravure resistance classe vis

Visserie acier

Le choix de la nuance de la matière est laissé à l'initiative des fabricants tenus de garantir les valeurs normalisées.

La classe de résistance est un code à 2 chiffres qui fait partie de la désignation et qui est gravé sur les têtes de vis, généralement avec le sigle du fournisseur.

forme de la tête profil ISO Métrique diamètre   pas   longueur  

classe de résistance

  traitement de surface
H M 10 x 1.5 x 50 -

12.9

- A3C

Le premier chiffre renseigne sur la résistance à la rupture alors que le produit des 2 (leur multiplication) donne la limite élastique.

Exemple : pour une vis de classe 12.9:

Dans les classes courantes, on obtient:

 Classe  Rm (MPa) Re (MPa) Dureté Alon-
gement %
Résilience KU
(Joules)
Vickers
HV min
Rockwell
minmax
3.630018095  25 
4.6400240120B67B9522 
4.8400320130B74B9516 
5.6500300155  20 
5.8500400160B82B9510 
6.8600480190  8 
8.8800640250C23C341230
9.8900720290C27C361025
10.91000900320C33C39920
12.912001080385C38C44815
14.914001260     

selon ISO898 et NFE25-030

Influence de la température sur la résistance mécanique.

Comment déterminer le serrage?

Notez le code inscrit sur votre vis (exemple 10.9) et suivez le guide.

Pour une meilleure résistance à la corrosion ou lorsque l'aspect visuel l'exige, envisager l'Inox (si on est riche) voire le Titane (si on est très riche).

Visserie Inox

Au sein des aciers Inox plusieurs nuances matière sont distinguées. Elles sont caractérisées par leur état métallurgique: il procure une résistance à la corrosion, aux acides, aux sollicitations mécaniques... Pour en savoir plus.

Etat métallurgiqueCode primaireCode secondaire
austénitiqueA 1 à 5
martensitiqueC 1, 3, 4
ferritiqueF1

Le code matériau est suivi du code de résistance:

Code matièreCode résistanceRm (MPa)Re (MPa)
A50500210
70700450
80800600
C50500250
70700410
80800640
1101100820
F45450250
60600410

selon ISO3506


Exemple : l'inox A4-70 est un inox de type auténitique avec une limite élastique de 450 MPa et une résistance à la rupture de 700 MPa.

Titane

Encore plus beau et plus cher...

Il existe de nombreuses nuances (grade 1 à 34) de titane ou d'alliage. Les grades 1 à 4 ne sont pas alliés.

NuanceRm (MPa)Re (MPa)A%
Grade 124017024%
Grade 234527520%
Grade 345038018%
Grade 455048315%
Grade 5
Ti6Al4V
89582810%

selon ASTM B265


Comme pour l'acier et les inox, plus la résistance est élevée plus l'écart relatif entre limite élastique et résistance à la rupture se réduit, signe de fragilité croissante.

Une optimisation des caractéristiques sera obtenue avec un cycle de recuit (procédé de traitement thermique).


Une vis en grade 5 (Titane allié : 6% d'aluminium, 4% de vanadium) dépasse en résistance une vis en acier de classe 8.8... pour une masse divisée par presque 2.

D'autres matériaux nobles ont été créés pour répondre aux exigences de la construction aéronautique.

Visserie aluminium

L'aluminium n'a pas la résistance de l'acier et présente, de ce point de vue, moins d'intérêt. Cependant, si vous chassez les gr sans avoir besoin d'un effort de serrage important...

Application particulière : lorsque les écarts de dilatation thermique entre matériaux sont importants, utiliser des vis aluminium permet de conserver une tension constante malgré les variations de température, comme dans le cas du serrage de blocs moteur performants : à réserver aux spécialistes.

NuanceRm (MPa)Re (MPa)A%
60564003507%
707557050510%

Et pour le tuning?

Nylon, Peek

"Nylon" est une dénomination pour le polyamide, symbole PA, dont plusieurs variantes sont à distinguer (liste non exhaustive) :

Un des polymères techniques des plus intéressant est le PEEK (polyetheretherketone) : résistance mécanique, tenue en température (250°C en continu, dimensionnellement stable.

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TypeRm (MPa)A%Résilience (KJ/m2) Module d'Young (MPa)
PA6705072800
PA66802553300
PA6G (obtention par coulée)756042400
PA6G GF30 (chargé fibre de verre)1805- -9000
PEEK100 (Rp02)3474000
PEEK
30% fibres de carbone
2202911000
PEEK
30% fibres de verre
15521022000

Comme beaucoup de matières plastiques, le polyamide est sujet au phènomène de reprise d'humidité : gonflement et variation de volume de quelques % selon les conditions d'ambiance; y penser.

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