Rapport sur les essais au choc de barreaux entaillés

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- - PAR ED. SAUVAGE, INGÉN CHEF DES MINES, INGÉNIEUR EN CHEF a À LA C1E- DE L’OUEST.
  - ASSOCIATION INTERNATIONALE POUR L’ESSAI DES MATÉRIAUX.
  - CONGRES DE BRUXELLES 1906.
  - LÈME 26.
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- - Rapport sur les essais au choc de barreaux entaillés
  - par Ed. Sauvage,
  - Ingénieur en chef des Mines, ingénieur en chef à la Cie. de l’Ouest.
  - Introduction. — Le Congrès international pour l’essai des matériaux, tenu à Budapest en 1901, a émis le voeu »qu’à côté des essais généralement admis aujourd’hui pour la réception des métaux et à titre d’études, on fasse usage, autant que possible, des essais par choc sur barreaux entaillés, par cisaillage, par empreinte de billes, afin d’étudier la correspondance des diverses méthodes d’essais et de préciser les données numériques applicables aux diverses qualités des métaux «.
  - Un vote du Congrès, émis en assemblée générale, a en outre, renvoyé à la Sous-commission 22 la question des essais de fragilité au choc, avec mission de définir les conditions expérimentales à adopter pour cet essai, et de faire au préalable les études expérimentales nécessaires pour arriver à ce résultat.
  - Par lettre du 12 juin 1903, Mr. le Président de l’Association internationale a bien voulu confier à l’auteur du présent rapport l’étude des essais par choc sur barreaux entaillés. Pour faciliter cette étude, le questionnaire suivant a été adressé à un grand nombre d’industriels et d’ingénieurs s’intéressant à la question:
  - 1. Exécute-t-on dans votre pays des essais au choc sur barreaux entaillés?
  - 2. Ces essais ont-ils lieu dans les laboratoires, en vue d’études d’ordre scientifique?
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  - 3. Ont-ils lieu au contraire dans la pratique de la réception des métaux, soit comme complément à d’autres prescriptions imposées, soit même comme épreuves obligatoires?
  - 4 Prière de donner complètement et avec tous les détails la description des méthodes d’essais au choc expérimentées ou employées.
  - 5. Quelle est la forme et quelles sont les dimensions des entailles, dont vous vous servez?
  - 6. Avez-vous des résultats comparatifs d’essais au choc et d’essais de traction?
  - 7. Avez-vous trouvé que de très légères différences dans la forme des entailles, telles que celles qui résultent d’une faible usure des outils, aient une grande influence sur les résultats de l’essai?
  - 8. Pouvez-vous indiquer des conditions d’essai au choc telles que hauteur de chute et poids du mouton, permettant pour certaines qualités d’acier de séparer les métaux qui seraient acceptés de ceux qui ne présenteraient pas de garanties suffisantes?
  - 9. Le rapporteur serait fort heureux d’avoir votre opinion sur la question d’essais au choc -sur barreaux entaillés et les diverses remarques que vous voudrez bien faire à ce sujet.
  - Le rapporteur a reçu un grand nombre de réponses, contenant des documents de première importance, notamment de:
  - Mr. l’ingénieur en chef C. Haberkalt, du ministère de l’intérieur, à Vienne.
  - Mr. le professeur B. Kirsch, à Vienne.
  - Mr. l’ingénieur Wilhelm Hauser, du ministère des chemins de fer, à Vienne.
  - Mr.'Rayl, directeur de la Kaiser Ferdinands-Nordbahn, à Vienne.
  - La direction des usines de la Staats-Eisenbahn-Gesellschaft, à Vienne.
  - La direction des usines Rima-Murâny-Salgô-Tarjân, à Budapest, avec deux collections de résultats d’expériences et une nombreuse collection de diagrammes d’essai.
  - Mr. le professeur Rejto, à Budapest.
  - Mr. Ch. B. Dudley, président de l’Association américaine pour l’essai des matériaux, transmettant des rapports et une lettre de Mr. l’ingénieur S. Bent-Russel, une collection de spécifications, et une notice bibliographique sur les essais au choc.
  - Mr. le professeur W. C. Unwin.
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  - Mr. J. E. Stead, chef du laboratoire d’essais (laboratory and essay office) de Middlesborough.
  - Mr R. A. Hadfield, directeur de la Hadfield’s Steel foundry €0, à Sheffield.
  - Mr. le professeur H. J. Hannover, à Copenhague.
  - Mr. L. A. Lund, à Christiana.
  - Mr. l’ingénieur en chef des chemins de fer Schroeder van der Kolk (Hollande).
  - MM. les ingénieurs C. J. Snyders et P. A. M. Hackstroh, à la Haye.
  - Mr. Mesnager, avec une très riche collection de résultats d’essais.
  - Mr. Salacroup, ingénieur en chef de la Cie. du chemin de fer de Paris à Orléans, avec une collection de tableaux d’essais.
  - Le rapporteur remercie sincèrement les personnes qui l’ont ainsi aidé à rédiger le travail demandé par le Comité directeur de l’Association.
  - Mr. le professeur Rudeloff, de Charlottenbourg, a publié, sur les essais du fer et de l’acier au moyen des barreaux entaillés, un intéressant mémoire dans »Stahl und Eisen« (1 et 15 avril 1902). Une traduction française de ce mémoire, par M. Breuil, a paru dans la Revue de mécanique en août 1902 (p. 145). Dans ce mémoire, M. Rudeloff cite de nombreux travaux sur la question.
  - En France, la Société d’encouragement pour l’industrie nationale a fait imprimer, en 1904, sous le titre «Contribution à l’étude de la fragilité dans les fers et les aciers», une collection de mémoires se rattachant aux essais de choc et à l’étude de la fragilité, les uns récents, d’autres anciens et qui avaient déjà été publiés. Cette collection contient des mémoires de MM. Considère, Brustlein, A. le Chatelier, Ast et Barba, Codron, Auscher, Frémont, Osmond, Charpy, Vanderheym, Huillier, Guillery, Leblant, Mesnager, Fain, de Fréminville. Une introduction, due à Mr. H. le Chatelier, résume l’état de la question.
  - Une revue intéressante de la question des essais au choc a paru dans le bulletin No. 5 (octobre 1899) de la Section américaine de l’Association internationale pour l’essai des matériaux.
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  - Mr. le Commandant d’Artillerie espagnole, D. Francisco Ceron y Cueron, a publié, en 1902, une étude sur les essais au choc dans le «Memorial de Artilleria».
  - MM. Yarrow ont exécuté sur des aciers au nickel des essais au choc, dont l’Engineering, du 18 avril 1902, a rendu compte (p. 513). Ces essais sont aussi mentionnés dans les Proceedings of the Institution of mechanical engineers (nov. 1904, p. 1185). Le même fascicule de cette publication contient une importante communication de MM. A. E. Seaton et A. Jude sur ce genre d’essais, communication qui est résumée plus loin. La Revue de mécanique (janv. 1905, p. 52) a donné une traduction abrégée des mémoires de MM. Seaton et Jude.
  - Dans sa «Contribution à l’étude des relations entre les effets des sollicitations lentes et ceux des sollicitations vives, dans le cas des métaux ferreux», mémoire présenté à l’Iron and Steel Institute, publié dans le journal de cette société (1904, No. 1), et reproduit en français dans le Bulletin du laboratoire d’essais mécaniques, physiques, chimiques et de machin es du Conservatoire national des Arts et Métiers (t. I, 1903—1904), Mr. P. Breuil conclut à la similitude des effets dus aux actions lentes et brusques. Par suite, il ne croit pas que les essais sur barrettes entaillées soient destinés à se substituer aux essais de traction.
  - La Revue de Métallurgie, dans sa première année (1904), a publié une intéressante étude, de MM. F. Osmond, Ch. Frémont, et G. Cartaud, sur «les modes de déformation et de rupture des fers et des aciers doux» (p. 11 et 198). Cette revue contient aussi plusieurs mémoires qui ont été réimprimés dans la collection citée plus haut.
  - Les Procès verbaux imprimés des séances de la réunion des membres français et belges de l’Association internationale pour l’essai des matériaux de construction contiennent de nombreuses communications sur la question, par MM. Chartiée, Guillery, Charpy, Mesnager, Guillet, Pérot.
  - Appareils. — Pour les essais au choc sur barreaux de petite dimension, on dispose de plusieurs appareils donnant la mesure du travail absorbé par la rupture avec une approximation correspondant au degré de précision que peuvent donner des essais pratiques, portant sur des métaux qui n’ont jamais une homogénéité parfaite. On peut citer notamment les moutons à ressort de Barba et de Frémont, le mouton pendule, le mouton rotatif Guillery.
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- - Le mouton à ressort, employé par M. Barba et par M. Leblant à la Cie. des chemins de fer de l’Est, est à rebondissement sur ressorts: la force vive restante, après la rupture, est mesurée par la hauteur à laquelle le mouton s’élève en frappant un ressort. Cet appareil est figuré dans le rapport de MM. Ast et Barba, présenté au Congrès de Budapest.
  - Le mouton Frémont a été plusieurs fois décrit, notamment dans le Bulletin de la Société d’encouragement (septembre 1901, p. 872).
  - La force vive restante du mouton, après rupture de l’éprouvette, est mesurée par la compression d’un ressort. Cet appareil est généralement construit avec une hauteur de chute de 4 m et des moutons pesant 10 et 15 kg.
  - Le mouton pendule a été employé notamment par M. Bent Russel, par M. Charpy, par M. le professeur W. C. Unwin. Il consiste en une masse suspendue à des tringles qui lui permettent d’osciller comme un pendule. On laisse partir ce pendule, écarté de la verticale d’une quantité déterminée: la rupture de.l’éprouvette se produit lorsqu’il atteint la position verticale et la force vive restante se déduit de la course effectuée ensuite au-delà de la verticale. La masse des tiges des suspension n’est pas négligeable auprès de celle du mouton, de sorte qu’on commet une erreur notable en calculant le travail seulement d’après le poids et les hauteurs parcourues par le mouton seul, mais la correction est facile et peut être faite après coup, s’il y a lieu. Ce mouton a été décrit par M. Bent Russel dans les «Transactions of the American Society of civil engineers» (juin 1898, p. 287), et par M. Charpy dans sa note sur l’essai des métaux à la flexion par choc de barreaux entaillés, publiée en 1901 pour le Congrès de Budapest.
  - M. Bent Russel a étudié une modification du mouton pendule (Transactions of the American Society of civil engineers, juin 1900, p. 6) disposée pour effectuer des essais à la traction par choc. L’éprouvette, à section rectangulaire, est entaillée, en son milieu, sur deux faces parallèles ; elle porte deux têtes, dont une est fixée au bâti de la machine, et l’autre à une pièce frappée par le pendule.
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- - Le mouton rotatif Guillery, plus récent que les précédents, a l'avantage d’être peu encombrant. Il a été décrit dans la Revue de Métallurgie (août 1904, p. 405). Il consiste en un petit volant d’acier, portant sur sa jante un couteau destiné à rompre les éprouvettes. Le travail absorbé par l’éprouvette se déduit de la variation de la vitesse du volant au moment de la rupture. Cette mesure est effectuée à l’aide d’un tachymètre, formé d’une petite pompe centrifuge refoulant l’eau dans un tube de verre vertical et gradué. D’autres tachymètres peuvent être employés. L’éprouvette est portée par une enclume mobile qui la maintient éloignée du volant au début de l’essai. Un mécanisme simple permet de l’approcher au moment voulu: ce mécanisme consiste en un loquet qui est frappé par le couteau quand on le pousse à l’aide d’un levier: le loquet déclenche alors un ressort qui amène l’enclume contre le volant, et la rupture se produit au passage suivant du couteau. L’appareil est complètement enfermé dans une enveloppe métallique.
  - Deux modèles différents ont été construits, pouvant produire respectivement un travail de 60 et de 200 kilogrammètres, à la vitesse d’environ 300 tours par minute.
  - Des expériences comparatives ont été exécutées par MM. H. Le Chatelier et Mesnager à l’aide du mouton rotatif Guillery et du mouton Frémont. Elles ont porté sur des éprouvettes de 1 cm2 de section, avec entaille arrondie profonde de 2 mm. Sur le mouton Guillery, on avait installé un appareil à diapason, enregistreur de la vitesse, pour contrôler l’indication du tachymètre à pompe centrifuge. Les travaux de rupture par cm2, en kilogrammètres, sont les suivants :
  - Mouton Guillery Mouton Frémont
  - Tachymètre pompe Diapason
  - 15 13,4 13,4
  - 20 17 14,9
  - 17,5 15,3 14,9
  - 15 15,3 16,1
  - 13,6 15,7 13,4
  - 13,6 — 12,7
  - moyennes 15,7 15,3 14.7
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  - La concordance peut être considérée comme très satisfaisante.
  - M. Pérot a exposé, dans la Revue de métallurgie (année 1904, p. 287) une méthode originale pour l’étude des phénomènes du choc : le mouton porte une plaque photographique, sur laquelle s’enregistrent, par l’action de rayons lumineux convenablement dirigés, d’une part les déplacements de la chabotte, montée sur ressorts, sous l’effet du choc, d’autre part des traits correspondant à des intervalles réguliers d’une très petite fraction de seconde. Cette méthode permet une analyse minutieuse des phénomènes de très courte durée qui accompagnent le choc.
  - Modes d’essai. — L’éprouvette est généralement de forme rectangulaire, et entaillée sur la face opposée à celle qui reçoit le choc du mouton. Elle est posée sur deux appuis et frappée en son milieu, de manière à être rompue par un seul coup. Le poids du mouton et la hauteur de chute restent invariables pour chaque dimension d’éprouvette.
  - L’entaille est obtenue soit par un simple trait de scie, soit à l’outil en l’achevant par l’impression d’un coin à arrête parfaitement nette, soit par forage d’un trou cylindrique et coupure de la partie laissée entre la face du barreau et le trou.
  - La méthode ingénieuse de M. Barba, qui consiste à préparer une série d’entailles sur un long barreau, successivement encastré au droit des entailles, et frappé par le mouton avec hauteurs de chute décroissantes, est d’une application un peu difficile pour la pratique des réceptions courantes.
  - M. Chartiée, inspecteur de la Cie. des chemins de fer P. L. M., a rendu compte aux membres français de l’association internationale, le 7 mai 1902, de la méthode employée pour la réception des aciers laminés destinés aux ponts et charpentes métalliques ; les essais suivant cette méthode sont prescrits par le cahier des charges de la Cie. P. L. M. pour la fourniture des fers et aciers destinés à ces constructions, ainsi que le montre l’extrait, qui suit, de ce cahier des charges.
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  - „Épreuves au choc.
  - «Les épreuves au choc seront faites sur des éprouvettes découpées à froid dans les tôles, plats et profilés présentés à la réception. Ces éprouvettes ne devront jamais être recuites.
  - Quelle que soit l’épaisseur des tôles, plats et profilés, les éprouvettes auront invariablement 70 mm de longueur et 30 mm de largeur. Deux demi-trous de 15 mm de diamètre, seront pratiqués au milieu de leur longueur.
  - L’épaisseur de l’éprouvette sera celle de la barre à essayer.
  - Les deux demi-trous devront être forés. Les quatre côtés de l’éprouvette seront découpés au moyen d’un poinçon rectangulaire de 70 X 30 mm.
  - Les épreuves au choc seront faites en travers. Lorsque la largeur des barres sera insuffisante pour prélever les éprouvettes dans ce sens, c’est-à-dire lorsque cette largeur sera inférieure à 70 mm, les épreuves au choc seront faites en long, mais dans ce cas seulement.
  - On éprouvera au choc dix pour cent des barres présentées à la réception. Les contrôleurs de la Compagnie auront la faculté de dépasser cette proportion pour certaines catégories de barres et de la réduire, par compensation, pour certaines autres catégories.
  - En vue des épreuves au choc, toutes les barres seront laminées avec un excès de longueur de 80 mm, quel que soit le sens dans lequel l’épreuve sera faite.
  - Epreuve. L’éprouvette, telle qu’elle est définie ci-dessus sera placée sur une matrice en acier dont la partie évidée, rectangulaire, aura 50 mm de longueur et 35 mm de largeur. Le poids de la chabotte sera d’au moins 800 kg.
  - Le mouton, dont le poids variera ainsi qu’il est dit ci-dessous, suivant l’épaisseur des éprouvettes, sera muni, à sa partie inférieure, d’un percuteur en acier, présentant la forme et les dimensions indiquées par un croquis.
  - Les éprouvettes devront pouvoir supporter sans se rompre, le choc d’un mouton tombant de 4 m de hauteur, au droit de leur section de rupture. Le tableau ci-après indique le poids du mouton pour chaque cas particulier.
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  - Epreuves en travers des tôles Epreuves en travers des plats de largeur 7 0m, 070 Epreuves en travers des cornières et profilés de largeur 7 0m, 070 Epreuves en long des plats, cornières et profilés de largeur ^ 0m, 070
  - Epaisseurs Poids Epaisseurs Poids Epaisseurs Poids Epaisseurs Poids
  - des barres du mouton des barres du mouton des barres du mouton des barres du mouton
  - 8 mm 6,00 kg 8 mm 5,00 kg 8 mm 6,00 kg 8 mm 8,00 kg
  - 9 „ -a o O a 9 „ 6,00 „ 9 „ 7,00 „ 9 „ 9,00 „
  - 10 „ 8,50 „ 10 „ 7,50 „ 10 „ 0° O O 5* 10 „ 10,50 „
  - H » 10,00 „ 11 » 9,00 „ H « 9,00 „ 11 „ 12,00 „
  - 12 „ 11,50 „ 12 „ 10,50 „ 12 „ 10,00 „ 12 „ 13,50 „
  - 13 « 13,00 „ 13 „ 12,00 „ 13 „ 11,00 „ 13 „ 15,50 „
  - 14 „ 14 „ 14,00 „ 14 „ 17,50 „
  - 15 „ 15 „ 16,50 „ 15 „ 20,00 „
  - Toute éprouvette fissurée, mais non rompue, sera considérée comme ayant satisfait à l’éprevue.
  - Si toutes les éprouvettes prélevées sur les barres d’un même lot sont rompues, le lot tout entier sera refusé, mais dans ce cas, le fournisseur pourra faire éprouver, s’il le juge à propos, les barres qui ne l’auront pas été, et celles d’entre elles, qui supporteront l’épreuve, seront acceptées.
  - Si les éprouvettes prélevées sur les barres d’un même lot donnent des résultats discordants, il sera procédé à l’épreuve de toutes les autres barres composant ce lot."
  - Les éprouvettes, longues de 70 mm, larges de 30 mm, avec l’épaisseur complète de la barre dont elles proviennent, sont munies de deux entailles latérales semi-circulaires, de 15 mm de diamètre, obtenues au foret ou à la fraise: la largeur entre ces entailles est ainsi réduite à 15 mm. Cette éprouvette, placée sur deux supports distants de 50 mm, reçoit sur une de ses faces planes, entre les deux entailles latérales, le choc d’un mouton tombant de 4m. Le poids du mouton varie suivant l’épaisseur de la pièce, de 5 à 16,5 kg pour des épaisseurs de 8 à 15 mm.»
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  - M. Bent Russell a exécuté des essais au choc longitudinal sur éprouvettes entaillées, à l’aide de l’appareil cité au paragraphe précédent.
  - Outre la mesure du travail de rupture, l’essai au choc donne d’autres indications qu’il peut être utile de relever, telles que l’angle de pliage après rupture, la déformation de la section transversale.
  - Mr. C. Haberkalt, ingénieur en chef des constructions (Ober-baurat) au Ministère de l’intérieur à Vienne, a communiqué les observations qui suivent au sujet des essais des métaux pour les ponts des voies publiques.
  - On n’exécute pas d’essais au choc, mais des essais de pliage sur barreaux entaillés, d’après un cahier des charges publié en 1892: l’essai porte sur des barreaux larges de 50 à 80 mm (l’épaisseur étant celle de la tôle ou du profilé d’où ils proviennent), découpées perpendiculairement au sens du laminage, et portant une entaille affectant le dixième de leur épaisseur. Ces barreaux sont pliés à froid suivant un arrondi dont le rayon égale le 5e de l’épaisseur (pour l’acier Martin). L’angle de pliage avant rupture doit être au moins de 90° pour un acier ayant une résistance à la traction de 45 kg par mm2 et de 150° pour une résistance de 35 kg par mm2.
  - Mr. Haberkalt ajoute qu’il importe d’observer dans cet essai l’influence de la forme de l’entaille, l’emploi éventuel de l’essai par choc des barreaux entaillés exigeant que ce point soit éclairci.
  - Les mêmes essais de pliage sur barreaux entaillés sont en usage en Autriche pour les aciers des ponts de chemins de fer, ainsi que l’indique Mr. l’Ingenieur Wilhelm Hauser.
  - Mr. le professeur B. Kirsch, du Musée technologique de l’industrie, à Vienne, ne pense pas qu’il soit possible de tracer des règles uniformes pour l’essai au choc sur barreaux entaillés des diverses qualités de métal. Cette conclusion résulte de ses recherches sur la comparaison des essais à la compression et au choc (le plus souvent sans entaille).
  - Mr. Wilhelm Hauser, ingénieur de la construction (Baurat) au Ministère des chemins de fer, à Vienne, ne pense pas que l’essai au choc sur barreaux entaillés puisse facilement devenir d’un emploi pratique pour la réception des matériaux. La difficulté lui paraît plus grande encore pour les aciers servant à la construction des ponts que pour les pièces de plus forte épaisseur telles, que rails, essieux et bandages.
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  - La direction des usines Rima-Murâny-Salgô-Tarjân (de Budapest) a communiqué une importante collection de diagrammes et de tableaux d’essai à la traction, sur barreaux ordinaires et sur barreaux entaillés, d’après la méthode de Mr. le professeur Rejtô. Mais cette société n’exécute pas l’essai au choc sur barreaux entaillés. Mr. le professeur Rejtô a bien voulu accompagner de quelques observations le tableau de ces essais.
  - Mr. Rayl, directeur de la Kaiser Ferdinands-Nordbahn, la direction des usines de la Staats-Eisenbahn-Gesellschaft à Budapest, ainsi que Mr. Lund de Christiania, ont fait connaître qu’ils n’avaient aucun document ni aucune observation à présenter au sujet des essais de barreaux entaillés.
  - Mr. Bent Russel a rendu compte des essais, qu’il a exécutés, dans les Transactions of the American Society of civil engineers (juin 1898, p. 237, et juin 1900, p. 1) soit au choc transversal, soit à la traction par choc. Des matériaux divers ont été essayés, notamment des briques, du bois, des barrettes de fonte. Les barres de bois essayées portaient des entailles triangulaires. Les essais ont aussi porté sur de nombreux échantillons d’acier et de fer. Les conclusions de Mr. Russel sont favorables aux essais de choc sur barreaux entaillés; mais il n’a trouvé aucune relation entre les résultats des essais ordinaires de traction et des essais au choc. Il estime d’ailleurs que, dans les essais au choc sur barreaux entaillés, la forme de l’entaille devrait correspondre aux conditions d’emploi: une entaille arrondie conviendrait pour les pièces qui doivent être percées de trous de rivets ou de boulons, tandis que l’entaille aiguë s’appliquerait aux pièces présentant des changements brusques de section.
  - Mr. le professeur Unwin ne peut encore donner de conclusions au sujet des essais de choc qu’il a exécutés avec un mouton pendule.
  - Mr. J. E. Stead ne connaît pas encore d’applications en Grande-Bretagne des essais au choc sur barreaux entaillés pour la réception des métaux. Il annonce qu’il entreprend des recherches à ce sujet, à l’aide d’éprouvettes entaillées d’après la méthode Charpy. La simplicité de ces essais et des appareils nécessaires leur donne un grand intérêt.
  - De même M. R. A. Hadfield annonce l’installation à Sheffield de moutons Frémont.
  - V àr*-.. -
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  - D'après la réponse de Mr. Hannover, on n’exécute en Danemark aucun essai au choc sur barreaux entaillés, mais seulement les essais au choc bien connus sur pièces entières telles que essieux et bandages, parfois en y pratiquant une entaille pour provoquer la rupture.
  - Mr. l’ingénieur en chef des chemins de fer, Schroeder van der Kolk (Hollande), a exécuté des essais au mouton Frémont sur des aciers provenant principalement de ponts. Il s’agissait de savoir si certaines pièces construites en acier Bessemer devraient être remplacées par des pièces en acier Martin plus doux. Ces essais ont eu lieu dans le laboratoire de MM. Koning et Bienfait à Amsterdam, et ont porté sur 200 éprouvettes environ.
  - Mr. Van der Kolk pense que l’influence des angles plus ou moins arrondis produits par l’entaille à la scie est négligeable, les ruptures s’étant produites sans exception au fond même de l’entaille.
  - Les éprouvettes se classent comme il suit, d’après le nombre de kilogrammètres dépensés pour la rupture:
  - Travail en kgm. Nombre Travail en kgm. Nombre
  - par cm2 de barrettes par cm2 de bgrrette
  - 0 à 1 « .... 19 13 à 14 . . . . . 1
  - 1 à 2 16 14 à 15 . . . . . 1
  - 2 à 3 29 16 à 17 . . . . . 1
  - 3 à 4 32 17 à 18 . . . . . 3
  - 4 à 5 31 18 à 19 . . . . . 2
  - 5 à 6 20 19 à 20 . . . . . 2
  - 6 à 7 12 20 à 21 . . . . . 4
  - 7 à 8 10 21 à 22 . . . . . 4
  - 8 à 9 9 22 à 23 . . . . . 5
  - 9 à 10 1 25 à 26 . . . . . 1
  - 10 à 11 5 26 à 40 . . . . . 7
  - 11 à 12 1
  - Les pièces en acier Bessemer, qui ont donné les moins bons résultats dans ces essais, ont été remplacées par des pièces en acier Martin.
  - On a aussi expérimenté, de même, l’action du recuit sur un lot de 15 éprouvettes: 3 éprouvettes ont été recuites à 750° pendant 3 heures; 3 autres, de 850 à 880° pendant 4 heures; 3 autres, à
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  - 950° pendant 2 heures, et 3 autres à 1050° pendant 2 heures. L’influence du recuit sur le travail de rupture n’a pas été appréciable; l’examen microscopique n’indiquait d’ailleurs qu’une légère altération de la structure.
  - Sur des éprouvettes d’acier Martin, le travail de rupture a beaucoup varié suivant qu’elles étaient découpées dans le sens du laminage ou en travers.
  - Mr. Van der Kolk fait remarquer que les indications du mouton Frémont peuvent se trouver faussées quand l’éprouvette subit un fort pliage pendant la rupture; il préfère d’ailleurs mesurer la force vive du mouton, après chaque rupture, par la méthode de rebondissement.
  - Mr. Van der Kolk n’a pas trouvé de corrélation entre les résultats d’essais au choc et par traction; cela résulte du tableau qu’il a dressé et qui est reproduit ci-dessous.
  - Travail de rupture du choc sur barreaux entaillés, en kgm. par cm2 11 10 8 3 1 0 28 21 19 18 18 17 11 3 3 2 1
  - Charge de rupture à la
  - traction, en kg. par mm2 . 44 44 44 44 44 44 44 43 40 43 39 42 42 43 41 43 43
  - Allongement p. 100 . . . 24 21 26 25 28 28 25 27 30 28 27 28 26 26 26 26 29
  - Mr. Van der Kolk a cherché quelle relation pouvait exister entre le travail de rupture au choc et la déformation de la section transversale de l’éprouvette rompue. A cet effet, il a mesuré après rupture la largeur de l’éprouvette du côté frappé, a, et la largeur du côté opposé, c’est-à-dire le long de l’entaille, b, et il a rapproché les différences b—a, du travail de rupture. Le tableau ci-dessous, qui résume cette comparaison, indique une certaine proportionnalité de ces deux quantités. Ces mesures ne peuvent porter que sur les éprouvettes dont la rupture se fait suivant un plan, ce qui élimine celles qui exigent un grand travail de rupture.
  - En résumé, Mr. Van der Kolk ne pense pas qu’on puisse encore aujourd’hui fixer d’une manière rationnelle les limites inférieures du travail de rupture à exiger pour chaque qualité de métal. Il pense que cette détermination devrait résulter de l’étude de pièces ayant donné de bons résultats en service.
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  - Nombre des barrettes, classées d’après les travaux de rupture en kilogrammètres par cm2, et d’après les différences b—a (en déci-millimètres), indiquées dans la première colonne.
  - Travail de -upture :
  - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  - kilogrammètres par cm2
  - Acier Bessemer
  - b—a — 0 deci-millimètres 1 1 1
  - 1 » 2 1 2 2 2 1
  - 2 „ 2 1 3 2 1
  - 3 „ » 2 2 1
  - 4 „ 1 1 1 1 2 1
  - 5 n a 2 1 1 4 1
  - 6 » 7 » a 1 1 1 1 1
  - 8 „ • 9 „ 1 4 1
  - 10 „ H « 12 „ 13 » 1 1 1
  - 14 » „ Acier doux 1
  - (Martin et Thomas) b—a — 0 deci-millimètres 2 1 1
  - i ; 3 3 3 4
  - 2 „ 3 2 2 5 2 1
  - 3 « » 4 3 4 4 2 1
  - 4 fl 2 2 2 1
  - 5 » n 1 2 1 3 2
  - 6 „ „ 4 5 2
  - 7 « 2 2 1 1
  - 8 „ 4 1 1
  - 9 » n 2 1 2
  - 10 „ 2 2 1 1 1 1
  - 11 « 1 1 1
  - 12 , 13 „ v • 2 3 1 3 1 1
  - 14 „ 15 , 1 1 1
  - 16 « 17 „ 18 « 1 1 1
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  - D’après la réponse que MM. les ingénieurs Snyders et Hackstroh ont bien voulu préparer, les essais au choc sur barreaux entaillés sont exécutés en Hollande par le Génie militaire, mais en vue d’études scientifiques, sans figurer dans la pratique, de la réception des métaux. Les conclusions de ces ingénieurs ne sont pas favorables à ce genre d’essais. Les conclusions du mémoire qu’ils ont publié (en hollandais) sur la question sont les suivantes :
  - «Les essais de pliage statique, tant sur barreaux entaillés que sur barreaux non entaillés, donnent des résultats analogues à ceux des essais au choc, sur barreaux entaillés ou non; d’où il résulte que les essais au choc ne mettent au jour aucune autre propriété que les essais de pliage statique.
  - Les résultats des essais au choc sur barreaux entaillés du côté opposé au côté frappé ne sont nullement propres à renseigner sur la fragilité des aciers.»
  - Mr. Mesnager a exécuté au laboratoire d’essais physiques-mécaniques de l’école nationale des Ponts et Chaussées, à Paris, des séries très étendues d’essais au choc sur barreaux entaillés. Plusieurs milliers d’éprouvettes ont été rompues. Les essais ont eu lieu comparativement avec le mouton oscillant Charpy et avec le mouton Frémont. Mr. Mesnager a rendu compte de ces essais dans un rapport spécial dont les conclusions sont les suivantes :
  - «1° Les écarts dans les résultats sont en général moindres avec les grandes éprouvettes à entailles cylindriques (type Charpy) qu’avec les petites (type Frémont).
  - 2° On peut relier le nombre de kilogrammètres par centimètre carré de la section à rompre aux angles de déformation exprimés en degré, par les relations suivantes :
  - Petites éprouvettes: K= 0,375 D Grandes éprouvettes: JK"= 1 -4- 0,58 D‘
  - 3° On peut par suite substituer, à la mesure du travail absorbé par la rupture, la mesure de l’angle de rupture.
  - 4° On peut relier les résistances à la traction, exprimées en kilogrammes par millimètre carré aux angles de rupture et aux kilogrammètres par centimètre carré par les relations approximatives:
  - Petites éprouvettes R + 2,66 JD = 95 R + 7,1 K— 95.
  - Grandes éprouvettes R + 1,72 JD‘ = 87 R‘ + 3 K1 = 90
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  - 5° Un métal renfermant des soufflures paraît donner un travail de rupture supérieur à un métal sain.
  - 6° Avec des métaux homogènes, les grosses éprouvettes donnent des résultats d’une régularité remarquable.
  - 7° L’entaille terminée par un cylindre de 4 millimètres de diamètre fait au forêt et l’entaille faite à la fraise donnensensiblement résultats.
  - 8° De petites variations dans la portée et la hauteur de l’éprouvette modifient peu le résultat des essais, si la section à rompre ne change pas. Au contraire la largeur de l’entaille les modifie considérablement.»
  - M. Guillet a tiré les conclusions suivantes d’une série d’expériences au choc faites en vue d’étudier la fragilité des aciers, et plus particulièrement des aciers doux, après traitement calorifique et surtout après cémentation superficielle :
  - «1° L’acier livré, malgré les recommandations faites, n’était nullement homogène, ce qui est malheureusement le cas général;
  - 2° Une trempe appropriée améliore considérablement tous ces aciers ;
  - 3° La divergence obtenue dans les premiers essais est bien due à l’hétérogénéité du métal, et non à la méthode employée;
  - 4° Pour évaluer le degré d’homogénéité d’un métal, il est donc indispensable d’essayer au choc le plus grand nombre possible d’éprouvettes, et, par conséquent, de prendre les éprouvettes d’une aussi faible section que possible (sans cependant exagérer la petitesse de l’éprouvette).
  - En prenant des éprouvettes d’une section plus forte que celle adoptée par M. Frémont, on a des moyennes, mais on ne connaît pas les écarts.
  - L’essai d’une barre dans toute son épaisseur ne renseigne pas sur le degré d’homogénéité du métal.
  - Une barre très hétérogène, essayée dans son ensemble, pourra donner un résultat considéré comme acceptable, et, dans la pratique, cette barre pourra se rompre après un service plus ou moins prolongé, par suite le l’hétérogénéité.»
  - M. Solacroup, ingénieur en chef de la Cie du chemin de fer de Paris-Orléans, a fait exécuter une série d’essais, avec un mouton analogue à celui de la Cie de l’Est, sur des éprouvettes à entailles triangulaires. Ces résultats ont été rapprochés d’essais au mouton Charpy et au mouton Frémont sur des éprouvettes de même provenance.
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  - Les graphiques, qui résument ces expériences, montrent une certaine relation entre le travail de rupture au choc et les résultats de Fessais de traction; les résultats d’essais au choc au mouton de l’Est et au mouton Charpy concordent aussi assez bien. Les résultats d’essai au mouton Frémont n’ont pas paru se rapprocher des précédents.
  - M. Guillery, directeur de l’usine de la Société française de constructions mécaniques à Denain, a effectué des essais comparatifs, par les méthodes Charpy et Frémont, sur des tôles d’acier pour longerons de locomotives. Les deux méthodes ayant donné des résultats très différents, on a choisi une portion de tôle bien homogène où on a découpé 15 barrettes du type Charpy, avec entailles perpendiculaires aux faces brutes de la tôle, et 15 autres barrettes, avec entailles parallèles à ces faces. Après chaque essai, chaque barrette a donné 2 à 4 éprouvettes du type Frémont.
  - Les éprouvettes Charpy, avec entailles perpendiculaires aux faces brutes, ont donné comme travail de rupture par cm2, de 32 à 23,3 kgm; dans l’autre sens, 38 à 49 kgm. Pour les éprouvettes Frémont, l’ensemble des résultats se maintient entre 30 et 40 kgm par cm2. Pour cette raison, M. Guillery conclut que le procédé Frémont donne les résultats les plus vrais,*)
  - M. Le Blant a exécuté des séries d’expériences dans l’atelier des essais mécaniques du matériel et de la traction de la Cie. des chemins de fer de l’Est, avec des entailles de formes différentes, savoir:
  - 1° Aiguë vive, fraisée et rectifiée par compression à l’aide d’un couteau finisseur.
  - 2° à la scie vive, de 2 mm d’épaisseur ;
  - 3° à la scie épaufrée, de 2 mm;
  - 4° à la scie arrondie, de 2 mm ;
  - 5° à la scie vive de 1 mm d’épaisseur ;
  - 6° à la scie épaufrée de 1 mm;
  - 7° à la scie arrondie de 1 mm.
  - M. Le Blant conclut de ses essais :
  - Que dans le cas de très grande fragilité, la forme de l’entaille importe peu.
  - *) M. Charpy a contesté cette conclusion; il attribue les divergences observées au défaut d’homogénéité du métal.
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  - Que l’hétérogénéité des pièces expérimentées masque compte-tement les différences dues aux formes des entailles, ainsi que l’influence de l’usure des scies ou des couteaux.
  - Que l’entaille aiguë, la plus sévère, donne des résultats mieux comparables entre eux que les autres entailles.
  - Parmi les résultats les plus remarquables obtenus par l’essai •au choc, M. Dumas, ingénieur conseil de la Société de Commentry — Fourchambault, cite des aciers au nickel chromés dont les barreaux entaillés n’ont pu être rompus avec le mouton Frémont de 10 kg, qui donne au maximum un travail de 40 kgm par cm2.
  - Comme corrélation entre les résultats d’essais à la traction, au choc sur barreaux entaillés, et à la torsion, on peut citer les indications suivantes, données en janvier 1903 par la Cie. des forges de Chatillon, Commentry et Neuves-Maisons, pour des aciers à 6 p. 100 de nickel et pour des aciers doux de très bonne qualité, sans nickel Les aciers au nickel sont de trois sortes différentes, désignées par les nos. 1, 2 et 3; chacune de ces trois sortes a été soumise à trois traitements différents, définis par les lettres A, B et C. Les barreaux essayés à la traction avaient un diamètre de 13,8 mm, avec une longuenr utile de 100 mm. L’entaille des barreaux essayés au choc était à section circulaire, suivant le procédé Charpy.
  - MM. A. E. Seaton et Jude, dans le mémoire mentionné plus haut (Proceedings of the Institution of mechanical engineers, Nov. 1904, p. 1135), ont rendu compte des essais au -choc qu’ils ont exécutés sur les aciers du commerce. Ces expérimentateurs ont employé un mouton de 6 livres (2,75 kg), tombant de 24 pouces (61 cm). Le barreau d’essai, long de 10 cm, avec section carrée de 12,7 mm, reposait sur deux appuis distants de 76 mm; il portait une entaille aiguë sur une face. Dans ces •expériences, on n’a pas cherché à obtenir la rupture au premier coup de mouton, mais on a procédé par coups successifs, jusqu’à rupture, en retournant chaque fois le barreau. MM. Seaton et Jude préconisent cette méthode, au moins pour les aciers doux d’emploi courant : ils estiment que l’essai se rapproche alors des conditions de service d’un grand nombre de pièces de machines, soumises à des chocs répétés. Le nombre de coups de mouton jusqu’à rupture est en moyenne, pour les aciers doux ordinaires (du type
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  - Amirauté), de 20, et peut s’élever à 30. Des éprouvettes découpées dans des pièces rompues en service ont cassé après un nombre bien inférieur de coups de mouton.
  - Retournée après chaque coup, l’éprouvette n’est jamais pliée d’une manière bien appréciable.
  - MM. Seaton et Jude ont observé, dans leurs expériences, que beaucoup d’aciers, couramment employés, donnaient de mé-
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- - diocres résultats à l’essai au choc; si les ruptures en service de ces aciers insuffisants ne sont pas nombreuses, ils pensent que cela tient à ce qu’en général les dimensions des pièces sont trop largement calculées.
  - Conclusions. Pour les essais au choc de barreaux entaillés, on dispose de plusieurs appareils simples et pratiques, d’une exactitude suffisante. Ces divers appareils donnent des résultats •comparables, et peuvent être employés indifféremment.
  - Les nombreuses expériences exécutées ne paraissent pas avoir indiqué une supériorité bien marquée de l’un des divers procédés employés pour l’essai au choc des barreaux entaillés; on ne peut •donc recommander un de ces procédés à l’exclusion des autres. Les barrettes avec entailles arrondies et avec entailles aiguës ne donnent pas les mêmes résultats à l’essai, mais une extrême précision •dans la forme de l’entaille ne paraît pas de très grande importance: c’est ainsi que les entailles faites à la scie, sans précautions minutieuses, paraissent convenir dans bien des cas.
  - Loin de voir un procédé spécial s’imposer à l’exclusion des autres, on constate une tendance à considérer de nouveaux éléments dans les essais au choc de barreaux entaillés, tels que l’angle de pliage après rupture, la déformation de la section transversale rompue. On commence aussi à faire usage de nouvelles méthodes •d’expérience, tels que l’essai au choc longitudinal sur barrettes •entaillées.
  - Les valeurs . numériques du travail de rupture, en kilo-grammètres par cm2, à exiger au minimum pour chaque qualité d’acier, n’ont pas encore été parfaitement déterminées en pratique, et ces valeurs ne figurent qu’exceptionnellement dans les cahiers •des charges.
  - Mais il semble que les essais au choc sur barreaux entaillés aient pris une certaine importance comme essais intérieurs d’usine, sur les métaux en cours de fabrication et aient ainsi contribué à l’amélioration des produits.
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