Procédé et appareil pour l'essai des matériaux. La présente invention comprend un pro cédé pour l'essai des matériaux à la pros- ion selon lequel on presse au moins deux corps l'un contre l'autre et l'on utilise la ;,randeur de l'aire de contact entre ces corps pour déterminer des propriétés de la ma- lière à. essayer, et un appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Le procédé est caractérisé en ce qu'on utilise aussi, pour déterminer des propriétés de la matière à essayer, la façon dont varie la résistance d'un circuit électrique compre nant au moins une surface de contact située entre deux corps pressés et soumise à un ef fort de pression, en fonction de la valeur dudit effet.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour donner à l'effort de pres sion exercé sur les corps une suite de va leurs différentes et des moyens pour faire passer un courant à travers la surface de contact entre les corps pressés. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des graphiques relatifs à la mise en oeuvre du procédé, appliqué à la détermi nation de la limite d'élasticité, et une forme d'exécution de l'appareil.
Fig. 1, \? et â sont lesdits graphiques; Fig. 4 est une coupe longitudinale d'une forme d'exécution de l'appareil; Fig. 5 est un plan correspondant à la fig. 4; Fig. 6 est une vue en bout de l'appareil, depuis A de fig. 4; Fig. 7 est une coupe selon 4-4 de fig. 4.
Si l'on presse l'un contre l'autre deux corps de forme sphérique par exemple, en ap pliquant sur eux une force F dirigée selon la ligne des centres, et si l'on fait varier cette force en relevant les valeurs du dia mètre d de l'aire circulaire de contact en tre ces corps correspondant aux différentes valeurs de la force F appliquée, on peut tra cer la courbe représentative du diamètre de l'aire de contact en fonction de la force <I>(d = f</I> [F] <I>).</I> Si l'on fait croître la force F ,jusqu'à une valeur telle que la limite d'é- l-,sticité de la matière soumise à son action ::
oit dépassée, on obtient la courbe d repré sentée en pointillé à la fig. 1, Depuis ±\ = o jusqu'à la. valeur<I>F =</I> Fe corres pondant à la limite d'élasticité, la courbe d est assimilable pratiquement, sans erreur sensible, à une portion de la parabole cubi que de Hertz. Pour la valeur Fe, la courbe du diamètre<I>d</I> présente un point anguleux<I>a.</I> Au delà de Fe, c'est-à-dire pour les valeurs de F supérieures à<I>Fe,</I> la courbe s'é carte de la parabole cubique.
Pour déterminer la limite d'élasticité de la matière essayée, au moyen de la formule de Hertz, l'un au moins des corps étant en cette matière essayée, l'autre étant éven tuellement en une matière dont on connaît les propriétés, il est nécessaire de connaître les dimensions (donc ici le diamètre) de l'aire de contact entre les corps pressés et la force Fe qui correspond à la. limite élasti que. Cela revient à déterminer la position du point<I>a</I> et les valeurs de<I>d</I> et clé F cor respondant à ce point.
Ces valeurs de d et de F sont ensuite in troduites dans la formule de Hertz, d'où l'on peut obtenir la valeur de la limite d'é lasticité.
La valeur de d peut être mesurée par exemple au microscope après avoir recou vert la surface de l'une au moins des sphè res à essayer d'une couche de sulfure d'ar gent; ou bien l'on peut aussi déterminer les valeurs de d par voie photographique à l'aide de rayons Î. Mais ces deux façons d'opérer, surtout la première, comprenant la préparation de la couche de sulfure d'ar gent, qui est une opération délicate, sont assez longues.
Lorsqu'il s'agit de déterminer des nombreuses valeurs de d ou de faire ressortir exactement un point caractéristique de la courbe d=f <I>(F),</I> on opère de préférence de la façon qui ressort des considérations suivantes Si l'on examine et mesure, au moyen d'un microscope par exemple, en lumière visible le diamètre apparent dl de l'aire de contact de deux billes par exemple, appliquées l'une contre l'autre par une force F dont on con naît la valeur, ce diamètre dl est plus grand que le diamètre réel d de l'aire de contact tel qu'on peu l'observer et le mesu rer par exemple comme on l'a dit plus haut.
Si l'on représente graphiquement, pour une matière donnée, la variation de dl. en fonc tion de F, en donnant des valeurs successi ves croissantes et connues à F et en mesu rant pour chacune de ces valeurs la gran deur correspondante de dl, on obtient la courbe tracée en trait plein à la fig. 1. A l'abcisse Fe, la courbe<I>dl = f c (F)</I> pré sente, comme la courbe du diamètre réel d, un point anguleux, al.
Si, ayant établi ces deux courbes des diamètres réel et apparent en lumière visi ble, toutes deux en fonction de la force ap pliquée F, on trace la courbe des diamètres visibles en lumière visible dl en fonction des valeurs correspondantes du diamètre réel d, c'est-à-dire en fonction des valeurs de d correspondant à une même force F, on ob tient la courbe représentée à la fig. 2, qui est, pratiquement, une ligne droite. Le dia mètre dl est donc fonction linéaire (ou du premier degré) du diamètre réel d.
Pour obtenir la valeur cherchée de la li mite d'élasticité E, à partir de la formule de Hertz, on a besoin de la valeur de d correspondant à la limite élastique et de la valeur Fe de F correspondant à cette limite.
Comme il est plus rapide et plus sim ple de relever les valeur de dl (par exemple au moyen de l'appareil décrit ci-dessous) cor respondant à des valeurs connues de F que de relever les valeurs de d (par exemple par l'une des méthodes susdites) en fonction de ces mêmes valeurs de F, il convient sou vent de tracer la courbe de d en fonction de F à partir de la courbe dl, à l'aide du dia gramme fig. 2.
Le tracé .de ce diagramme peut se faire cri déterminant les valeurs de d et dl cor respondant à deux valeurs de F, puisque l'on assimile la courbe à une droite et qu'il suffit dans ces conditions de connaître deux points du diagramme pour que la droite soit déterminée.
La construction de la courbe<I>d = f (F)</I> peut se faire en relevant de la fig. 2 une sé rie de valeurs d correspondant respective ment à diverses valeurs d,., que l'on reporte en fig. 1 aux abcisses correspondantes.
Ayant tracé la courbe<I>d = f (F), il</I> suf fit de mener une ordonnée par les points al et a (qui sont nécessairement à la même abcisse) et d'introduire dans la formule de Hertz donnant la tension normale maximum la valeur de d ainsi déterminée pour trouver la limite d'élasticité.
Toutefois, pratiquement, on remarque qu'il est assez difficile de déterminer exacte- nient la position des points a et ai pour la raison que les courbes montrées en fig. 1 ne présentent pas un point anguleux très mar qué à l'endroit correspondant à la limite élastique. Il s'ensuit une incertitude et un manque de précision dans les résultats ob tenus.
L'invention permet d'éviter une erreur provenant de l'incertitude des positions de a et ai en procédant par exemple comme suit: On fait passer un courant électrique à travers l'aire de contact existant entre les corps à essayer en vue de mesurer la résistance électrique R, ou son inverse la conducti- bilité '/R, d'une partie du circuit électrique ,omprenant l'aire de contact, par exemple par la méthode du double point de Thomson, et on trace la courbe représentant par exem ple R ou 1/R en fonction de F.
La courbe iIR <I>= f (F)</I> a l'allure mon trée à la fig. 3. Elle présente à l'abcisse <I>F =</I> Fe un point anguleux a@ très distinct.
Théoriquement, la conductibilité 1/R de vrait être proportionnelle à l'aire des sur faces en contact, si l'on mesurait seule la r 'Asist. %née du contact. Pratiquement, ce n'est pas le cas, vu que la valeur R com prend non seulement la résistance du con- tact, mais également celle d'autres conduc teurs formant le circuit.
Connaissant la valeur Fc de la force de compression correspondant à la limite d'élas ticité, il est facile -de trouver a sur la fig. 1.
La courbe représentée en fig. 3 pour rait d'ailleurs être tracée sur la fig. 1. Il suffirait alors de mener une ordonnée par <U>a.,</U> pour trouver a.
En référence, plus particulièrement, à la fig. 4 du dessin, 1 et 2 sont -deux billes en matière qui doit être essayée. La bille 1 est montée dans un logement légèrement coni que 3 pratiqué dans un organe stationnaire 4 de manière à donner un contact linéaire dans cet organe. L'organe stationnaire 4 est monté dans une douille 5 qui est connectée rigide ment à une enveloppe 6. L'organe station naire 4 est isolé électriquement de la douille par des pièces en matière isolante 7 et par un espace d'air 8. L'organe stationnaire est réduit à son extrémité 9 comme montré au dessin et une plaque 10 est montée sur l'ex trémité réduite 9 de l'organe 4.
La plaque 10 est fixée en position au moyen d'un écrou 11 dans lequel s'engage une rondelle isolante 12, 13 et 14 sont deux tiges vissées dans l'enveloppe 6 qui portent un pont 15 ayant un logement 16 dans lequel est montée une poignée 17 qui, sur sa face intérieure, s'ap puie contre la rondelle isolante 12. Le loge ment 16 présente une rainure 18 dans la quelle s'engagent des chevilles ou organes équivalents de la poignée 17, de sorte que ladite poignée peut être mise en rotation, mais est empêchée de se déplacer axialement. L'organe stationnaire 4 et la poignée 17 forment une pièce unitaire qui peut être mise en rotation dans un sens ou dans l'autre lorsqu'on le désire.
La plaque 10 porte deux serre-fils 19 et 20.
La bille 2 est montée dans un logement ,conique 22 pratiqué dans un organe 23 dé- plaçable axialement ayant une extrémité ex térieure 24 réduite avec laquelle une tige 25 vient en prise. Une pression est appliquée â, la tige 25 à l'aide d'un bras pourvu d'un système de couteaux, dont deux reposent dans des grains d'une partie fixe et le troi sième, central, non aligné avec les deux au tres, dans un grain de la fig. 25.
L'organe 23 déplaçable axialement est monté centrale- ment dans l'enveloppe creuse 6 et situé en alignement avec l'organe stationnaire 4 et avec les deux billes 1 et 2. 26 est une tige présentant des côtés plans 27, 28 (fig. 5) qui s'engagent entre deux rouleaux, dont l'un 281 est visible à la fig. 4, de manière à permettre un déplacement axial de l'or gane 23 tout en empêchant en même temps la rotation dudit organe 23.
29 est un logement contenant du mercure liquide 30 dans le quel plonge une borne 31 de préférence en cuivre à l'extrémité supérieure de laquelle des serre-fils 32 et 33 sont convenablement fixés. L'organe 23 déplaçable axialement est monté dans l'enveloppe 6 au moyen d'un roulement à billes 35 convenablement dis posé longitudinalement et l'extrémité réduite 24 de l'organe 23 déplaçable axialement est également mobile sur un roulement à billes 36, disposé longitudinalement.
L'enveloppe 6 est pourvue d'un évide ment à fond plat dans lequel se trouve une plaque 41 à position ajustable longitudina lement et transversalement portant un mi croscope 42 de n'importe quel type conve nable. L'axe optique du microscope est situé directement au-dessus et dans le même plan que la surface de contact des deux billes, de sorte que le profil de cette surface peut être vu à travers le microscope. Au-dessous de l'enveloppe 6, convenablement fixé à elle, se trouve une console 43 sur laquelle est pi voté un miroir 44, qui est disposé centrale- ment dans l'alignement du champ optique du microscope. 45 est un évidement dans l'enveloppe 6 dans le prolongement de l'axe optique du miroir.
La plaque 41 porte une console 46 portant une tige 47 - pourvue de deux boutons moletés 48 et 49 au moyen des quels et d'une roue dentée appropriée qui est en prise avec une crémaillère 50 fixée con venablement à l'enveloppe du microscope, celui-ci peut être ajusté verticalement en le déplaçant vers le haut ou vers le bas. La console 46 porte également un arbre 501 ayant un bouton 51 entre lequel et la plaque 41 se trouve une buée 52 convenablement fixée à la plaque 41. Par la rotation du bou ton 51, la console 46, avec la crémaillère 50 et le microscope 42 peuvent être ajusté transversalement par rapport à l'enveloppe 6.
Lors de l'essai avec le présent appareil, on a trouvé qu'il était avantageux de sou mettre l'enveloppe 6 avec son contenu à une série de coups d'un petit marteau avant chaque mesure de la résistance ou conduc- tibilité électrique. Le tapeur ou marteau 53 est convenablement fixé à un bras 54 contre lequel s'appuie un ressort à lame 55, le bras 54 étant porté par une pièce 56 mon tée sur un arbre 57. La surface inférieure 58 de la pièce 56 est dans une position telle qu'elle vient en prise successivement avec les dents ou saillies d'une roue à rochet 59 mon tée sur un arbre 60 qui peut être mis en ro tation par une manivelle 61 pourvue d'une poignée 62. La roue à rochet 59 peut avoir un nombre quelconque de saillies ou dent.
Par exemple cette roue peut avoir dix dents ou saillies, chaque tient ou saillie provoquant lorsqu'elle vient en contact avec le bras 54 une élévation de ce dernier et par conséquent (lu marteau 53 contre l'action du ressort 55. Immédiatement après le passage de la sail lie ou dent sous la surface inférieure de la pièce 56, le tapeur ou marteau 53 tombe et frappe l'enveloppe 6. L'arbre 57 et l'arbre de la roue 59 sont portés par une cage 63 fixée convenablement à l'enveloppe 6.
Cette disposition permet de se passer, si l'on veut, de la cavité 29 et du mercure 30 disposé dedans et d'employer un simple contact à frottement, sans que l'appareil cesse de donner de bons résultats.
On utilise l'appareil décrit de la façon suivante: Les deux billes 1 et 2 étant en contact, on exerce sur la tige 25 des forces successi ves et croissantes F1, F,, F,,, etc., dont on connaît la valeur, de façon que les billes soient appliquées l'une contre l'autre par ces forces successives. Au moyen du microscope mobile, on dé termine, pour chaque valeur de F, la gran deur du diamètre d, visible en lumière vi sible, c'est-à-dire apparent. Pour chaque va leur de F, on mesure également la résistance R d'une partie du circuit comprenant l'aire de contact entre les billes, à travers laquelle le courant passe.
Cette série de valeurs de R, ou -de son inverse y =1; R et la série corres pondante des valeurs de d, permettent le tracé -des courbes d, et y en fonction de F. 0@i a vu plus haut de quelle façon, à partir de d,, on peut représenter graphiquement la variation du diamètre réel d en fonction de F.
On pourrait aussi procéder de la façon suivante pour déterminer la valeur de d cor respondant à la limite d'élasticité: Tracer directement point par point simul tanément ou séparément d'une part par un procédé quelconque, par exemple à l'aide des ra.vons @. la. courbe d en fonction de F, et, d'autre part, la courbe R ou '/R en fonc tion de F. Le point anguleux a2 de la courbe R ou 1IR permet de déterminer la position exacte de a sur la courbe d.
Les courbes R ou 1IR et d peuvent notamment, dans ce cas, être tracées sur un même diagramme de façon qu'il suffise de mener une ordonnée par a, pour trouver a.
La. forme des corps pressés l'un contre l'autre pourrait être différente de celle repré sentée. Par exemple, l'un de ces corps pour rait présenter une face plane contre laquelle serait appliqué l'autre corps, qui serait de forme sphérique. Dans le cas où les deux corps sont sphériques, ils pourraient être de diamètres différents. Comme indiqué plus haut, l'un seulement des corps pressés pour rait être constitué en matière à essayer, les propriétés de l'autre étant connues. En ou tre, on pourrait presser plus de deux corps l'un contre l'autre, et mesurer la résistance R (ou son inverse '/R) d'un ensem ble comportant plusieurs contacts en série.
En particulier, les corps pourraient être sphériques et disposés de façon que leurs centres se trouvent sur une même droite. L'appareil pour, l'exécution du procédé pourrait ne pas comporter de microscope pour la détermination du diamètre appa rent en lumière visible d de l'aire de contact. <B>Il</B> pourrait comporter par contre des moyens pour la détermination du diamètre réel d (le l'aire de contact.
Un jet d'hydrogène, d'azote ou d'un au tre gaz non oxydant pourrait être envoyé tout autour de l'espace de contact pendant qu'on procède aux mesures, de manière à empêcher l'oxydation des parties entourant l'espace de contact.
Le procédé selon l'invention pourrait être utilisé pour déterminer d'autres propriétés de la matière essayée que sa dureté.
Il est à remarquer qu'il est possible, avec l'appareil décrit, d'utiliser une bille ayant déjà servi à un essai à la pression, par exemple en vue de la détermination directe rie d, par l'un des procédés dont il a été ques tion plus haut. Pour cela, il suffit de dispo ser cette bille dans la cavité conique 3 ou 22 corre .pondante de façon que sa partie pres sée contre l'autre corps soit différente de celle précédemment pressée contre un corps. Ceci pour la. raison que les organes 4 et 23 touchent les billes selon une ligne à l'en droit de contact entre la paroi conique des cavités et ces billes, de façon que la résistance au passage du courant y est toujours très petite.