Machine d'essai pour étudier le fluage des matériaux
L'invention se rapporte à une machine d'essai pour étudier le fluage des matériaux, par exemple leurs déformations à température constante en fonction du temps, sous de faibles contraintes qui peuvent être variables dans le temps, cette machine étant caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte que l'on peut soumettre â un vide poussé, des moyens pour faire régner dans au moins une partie de cette enceinte une température répartie de façon homogène, et, à l'intérieur de ladite enceinte, en plus de l'éprouvette soumise au fluage,
un dispositif exten isométrique différentiel permettant d'indiquer les déformations de cette éprouvette et un dispositif de mise en charge télécommandable permettant d'engendrer de faibles contraintes sur ladite éprouvette.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement en coupe axiale verticale une machine pour étudier le fluage.
Dans cette coupe, le dispositif extensométrique et le dispositif de mise en charge n'ont pas été représentés pour simplifier le schéma. ils seront décrits en regard des figures suivantes.
La fig. 2 représente schématiquement en coupe axiale le dispositif extensométrique de cette machine.
Les fig. 3, 4 et 5 représentent des coupes de la fig. 2 respectivement suivant AA, BB, CC
et les fig. 6 et 7, enfin, représentent schématiquement en coupe axiale, deux types de dispositifs de mise en charge de la susdite machine.
Seuls ont été représentés sur ces figures les élé ments nécessaires à la compréhension de l'invention, les éléments correspondants de ces différentes figurus portant des références identiques.
La machine est du type vertical, les contraintes appliquées à l'éprouvette 0 à essayer étant dirigées de haut en bas. Elle comprend en se référant à la fig. 1:
- un tube en acier inoxydable 1 passant dans
le moufle d'un four électrique 2 dont la ré
gulation est assurée automatiquement de toute
façon connue, par exemple par fil dilatable;
- un jeu de têtes d'amarrage en acier réfrac
talure, destinées à maintenir l'éprouvette O et
comprenant une tête supérieure fixe 3, qui
supporte un comparateur 4, et une tête in±é
rieure 5 pouvant s'atteler sur le dispositif
de mise en charge 6 articulé sur des bases
d'appui 7 solidaires du tube 1;
- un dispositif extensométrique réalisé à l'aide
d'un comparateur travaillant en différentiel
dont on donne la description ci-après, en se
référant aux fig. 2 à 5
- une canne pyrométrique en silice pour le con
trôle de la tempér, ature (non représentée)
- une cloche supérieure 9 présentant, sur l'une
de ses faces, une fenêtre à l'épreuve du vide,
pour la lecture du comparateur 4, et une
prise pour jauge à vide (non représentée)
- une cloche inférieure 10, englobant le dis
positif de mise en charge (incomplètement
représenté sur la fig. 1 et plus explicitement
détaille ci-après, en se référant aux fig. 6 et
7) et portant les deux départs de canalisa
tions 11 vers une station de pompage (non
représentée) ;
deux coussins à circulation d'eau 8 parailèles
aux flasques du four et mis en contact direct
avec le tube inoxydable 1, coussins qui per
mettent l'homogénéisation de la zone chauf
fante et, accessoirement, d'avoir toute sûreté
quant à la tenue des joints de vide 17 et 18
interposés entre le tube 1 et les cloches 9
et 10.
L'extensomètre représenté sur la fig. 2 dans une forme préférée est du type différentiel, c'est-à-dire qu'il retranche tout déplacement parasite et ne transmet à l'organe de mesure que la déformation de l'éprouvette elle-même.
I1 est constitué par deux jeux 12 et 13 de tiges de quartz pur. Chaque jeu, décalé de 60O par rapport à l'autre, autour de l'axe vertical de la machine, comporte trois tiges régulièrement espacées de 1200 autour de cet axe. Chacun des deux jeux vient stap- puyer, de plus, sur l'une de deux coquilles démontables 14, assujetties aux points de référence de l'éprouvette: le jeu de tige 12 s'appuie sur la coquille supérieure et le jeu 13 sur la coquille inférieure.
Les trois tiges supérieures 12 agissent directe ment sur le support du comparateur 4 au millième, par l'intermédiaire d'une base 15. Les trois tiges inférieures 13 attaquent directement la tige du comparateur 4 par une capsule d'appui 16.
Le dispositif de mise en charge représenté sur la fig. 6 est constitué par deux plateaux formant une balance différentielle, la charge de l'un passant dans l'autre au moment choisi et à une cadence réglable. Le plateau négatif 19 porte deux rampes hélicoïdales superposées 20 et 21 dans lesquelles est logé un lot de billes correspondant à la charge à appliquer; il est suspendu à l'extrémité de deux fléaux 22 articulés autour des bases fixes 7. L'autre extrémité de ces fléaux supporte un panier 23, dit plateau positif, qui reçoit une à une les billes du plateau négatif.
Avant l'essai et après mise en place des billes dans le plateau négatif, un tarage du plateau positif est effectué, afin que la balance de mise en charge soit en parfait équilibre.
Après stabilisation de la température d'essai, les billes sont lâchées une par une, par l'intermédiaire de deux électro-aimants (non représentés), situés au bas de chaque rampe hélicoïdale. Un émetteur d'impulsions permet non seulement de solliciter chaque rampe alternativement, mais aussi de régler les temps d'obturation.
Dans un exemple d'utilisation de la machine pour étudier le fluage, des essais ont été faits avec des billes de dix grammes et des bras de fléaux dans le rapport de un à cinq, de telle sorte que la charge appliquée par chaque bille était de cinquante grammes.
On a obtenu, au cours de ces essais, les résultats suivants:
Valeur du vide mesurée à l'aide d'une jauge
classique: 10-à à 5.10-1 millimètre de mer
cure à une température de 6000 C.
- Gradient de température dans la zone chauf
fante (par rapport au milieu de l'éprouvette
maintenu à 5000 C) :
Gradient vertical:
Centre éprouvette 500 ) C
à 100 mm au-dessus 491oC
à 100 mm au-dessous 495o C
Gradient horizontal:
Centre éprouvette 500O C
à 25 mm à gauche 505"C
à 25 mm à droite 5020 C
vitesse de fluage mesurable : 0,6. 10-4 pour
cent par heure.
- Cadence de mise en charge: 4 vitesses.
savoir:
1 bille toutes les secondes, les 2 selon
des, les 5 secondes ou les 10 secondes.
La durée de mise en charge peut ainsi
varier entre 150 et 300 secondes pour
des contraintes allant de 10 g/mm- à
1 kg/mm2.
- Capacité de la balance de mise en charge:
250 billes de 10 grammes, soit une charge
maximum de 12,5 kg.
- Dimension des éprouvettes : afin de conser
ver un maximum de sensibilité à la mesure,
trois dimensions d'éprouvette ont été utilisées:
EMI2.1
<tb> <SEP> Diamètre <SEP> Diamètre <SEP> I <SEP> Longueur
<tb> <SEP> du <SEP> corps <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> r <SEP> utile
<tb> Type <SEP> I
<tb> <SEP> (pour <SEP> fortes <SEP> 4 <SEP> mm <SEP> 7 <SEP> mm <SEP> 30 <SEP> mm
<tb> <SEP> contraintes)
<tb> Type <SEP> II <SEP> (pour
<tb> <SEP> contraintes <SEP> 7 <SEP> mm <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> mm
<tb> <SEP> moyennes)
<tb> Type <SEP> III <SEP> (pour <SEP> I <SEP> I
<tb> <SEP> contraintes <SEP> 10 <SEP> mm <SEP> 1 <SEP> 16 <SEP> mm <SEP> ! <SEP> 80 <SEP> mm
<tb> <SEP> faibles)
<tb>
Dans une variante, représentée à la fig.
7, du dispositif de mise en charge, les rampes hélicoïdales sont remplacées par une surface tronconique 25, l'échappement des billes s'effectuant cette fois-ci près du oentre du plateau négatif 19 : une telle construction est plus avantageuse, car plus facile à réaliser, et de fonctionnement plus sûr.
Enfin, la machine décrite est susceptible de fonctionner pendant un temps très long, par exemple de l'ordre de 3000 heures en marche continue; elle comporte un ensemble d'organes de sûreté afin d'éviter la détérioration de l'un quelconque de ses éléments, consécutivement à une variation inadmissible de l'un des paramètres déterminant le fonctionnement de la machine (paramètres tels que pression et température de l'enceinte où est disposée l'éprouvette). Ces organes commandent l'arrêt, total ou partiel, des moyens assurant la mise sous vide et/ou le chauffage de ladite enceinte.
L'arrêt total de ces moyens peut être provoqué par:
- une remontée de la pression, due à une fuite
brutale, par exemple: dans ce cas, une
lampe témoin située au sommet de la machine
s'allume dès que la pression remonte aux
environs de 10-2 millimètre de mercure,
établissant ainsi un circuit électrique de rupture;
- une panne générale d'alimentation en eau des
fronts froids :
une vanne de sûreté, placée
sur le circuit d'arrivée d'eau, déclenche alors
le contact électrique général
- une panne électrique dépassant dix secondes:
un relais temporisé à quinze secondes met
alors hors circuit toute l'installation (ces
quinze secondes peuvent permettre à un géné
rateur de secours de se mettre en route et
d'assurer l'alimentation)
- un emballage du four de chauffe: les fours
à régulation automatique par fil dilatable
donnent lieu parfois à des blocages du dis
positif de commande de la régulation (bas
culeur à mercure ou autre) ; un relais ac
tionné à chaque fonctionnement du four
coupe l)'ensemble si au bout d'une minute le
four est toujours en chauffe.
Un arrêt partiel ne peut être dû qu'à une panne provenant de l'un de deux groupes de pompages montés en parallèle (chacun de ces groupes comportant par exemple une pompe à palettes pour assurer un vide primaire et une pompe à diffusion pour obtenir le vide poussé) ; un tel arrêt ne met hors circuit que le groupe intéressé.
Ce cas se présente lorsqu'il y a:
- une panne d'alimentation en eau du circuit
de refroidissement de la pompe à diffusion:
la sûreté est alors obtenue par une vanne
située sur le circuit de retour
- une coupure de résistance chauffante de la
pompe à diffusion : un relais d'intensité
monté en série permet, dans ce cas, de dis
joncter le groupe de pompage correspondant;
- une panne de pompe à palettes (moteur d'en
traînement, pompe elle-même, saut de cour
roie, etc.): un volant de sûreté monté sur
l'arbre de la pompe commande la fermeture
du circuit d'alimentation du disjoncteur du
groupe.
De plus, chaque groupe de pompage possède avantageusement des moyens tels que bien connus de l'homme du métier, pour permettre sa mise hors circuit en cas d'arrêt automatique ou de démontage partiel pour réparation.