La fatigue du métal est le processus d'accumulation progressive de dommages microscopiques dans la structure métallique sous l'influence de facteurs externes, qui progressent de plus en plus. Il s'agit d'un événement fréquent qui peut conduire à des résultats très désastreux.
Détection et description du phénomène
Le pionnier du phénomène était l'ingénieur minier allemand Wilhelm Albert, qui en 1829 a décrit l'usure du métal sur la base des résultats de ses expériences en utilisant l'exemple des courbures répétées des maillons des chaînes de treuils de mine sur une machine expérimentale qu'il a développée. Cependant, le terme "fatigue du métal" n'a été introduit qu'en 1839 par le scientifique français Jean-Victor Poncelet, qui a décrit la diminution de la résistance des structures en acier sous l'influence de contraintes cycliques.
Un peu plus tard, l'ingénieur allemand August Wöller apporta une contribution à la théorie de la fatigue des métaux, ainsi qu'à la conception de structures métalliques soumises à des contraintes cycliques, publiant en 1858-1870 les résultats d'expériences avec le fer et l'acier dans des conditions de tension répétée. -compression. Les résultats de ses recherches en 1874 ont été présentés graphiquement sous forme de tableaux par l'architecte allemand Lewis Spangenberg. Depuis lors, une représentation visuelle de la relation obtenue entre les amplitudes de la contrainte cyclique et le nombre de cycles avant la destruction de la structure métallique est appelée le diagramme de Völler.
Depuis lors, le phénomène de fatigue du métal a reçu sa définition claire comme le processus d'accumulation dans le temps d'endommagement d'une structure métallique sous l'action de contraintes alternées (généralement cycliques), qui entraînent une modification des propriétés de la structure, la formation de fissures, leur développement progressif et la destruction ultérieure du matériau.
Conséquences de la fatigue du métal
La fatigue progressive du métal peut conduire à la destruction des structures métalliques. En règle générale, cela se produit pendant leur fonctionnement (lorsque la charge maximale sur les mécanismes est effectuée), ce qui peut entraîner des accidents et des catastrophes, y compris des pertes humaines. Exemples de certains des incidents les plus célèbres:
- la catastrophe du chemin de fer de Versailles en 1842, qui fit 55 morts (la cause était une fracture de fatigue de l'axe de la locomotive).
- le crash du train électrique à grande vitesse ICE près de la commune d'Eschede en Allemagne en 1998, à la suite duquel 101 personnes sont mortes et 88 ont été blessées (à une vitesse de 200 km/h le pneu de roue a éclaté sur le train).
- un accident à la centrale hydroélectrique de Sayano-Shushenskaya en 2009 (la cause était un endommagement par fatigue des points de fixation de l'unité hydroélectrique de la centrale, y compris le capot de la turbine).
Prévention de la fatigue des métaux
La fatigue du métal est généralement évitée en modifiant des parties de la structure métallique pour éviter les charges cycliques, ou en remplaçant les matériaux utilisés dans la structure par des matériaux moins sujets à la fatigue. En outre, une augmentation notable de l'endurance de la structure est fournie par certaines méthodes de traitement chimico-thermique des métaux (nitruration, nitrocarburation, etc.). Une autre méthode de prévention de la fatigue du métal est la pulvérisation thermique, qui crée une contrainte de compression sur la surface du matériau, ce qui aide à protéger les pièces métalliques de la rupture.
