Généralités - matériaux

L'objectif du ressort est d'emmagasiner puis de restituer de l'énergie. On peut donc rapidement se dire que plus un matériau pourra être contraint avant de se déformer plastiquement, plus il sera apte à être utilisé pour la fabrication d'un ressort. Il existe bien sûr d'autres critères qui doivent être pris en compte. Sans prétendre être exhaustifs sur les matériaux utilisables, nous proposons ici des indications sur les principaux matériaux utilisés et leurs propriétés.

Pour fabriquer un ressort de manière industrielle, le matériau utilisé doit tout d'abord être : de mise en forme facile Sans défaut Peu coûteux Disponible Pour que le ressort fabriqué soit performant, il faut aussi que le matériau allie les propriétés suivantes : Haute limite élastique Bonne résistance à la fatigue Bonne résistance à la corrosion

C'est pourquoi la majorité des ressorts sont réalisés en acier. Voici les trois types d'aciers les plus utilisés : Acier non allié, tréfilé à froid, patenté (Pr EN 10270-1) Acier non allié, trempé à l'huile et revenu (Pr EN 10270-2) Acier inoxydable (Pr EN 10270-3)

Des normes ont été définies pour tous ces aciers afin que les fabricants puissent les utiliser en toute sérénité. Le projet de norme européenne distingue par exemple cinq classes pour les aciers tréfilés (SL, SM, SH, DM, DH). Ces classes imposent notamment au fabricant des tolérances sur la dimension du fil ainsi qu'une fourchette sur la résistance du fil.

Les aciers tréfilés sont souvent utilisés pour la fabrication des ressorts. Ces aciers ont une bonne résistance à la fatigue. Leur limite élastique est augmentée lorsque le formage d'un ressort est suivi d'un traitement thermique (revenu). Celui-ci permet de relâcher les contraintes internes dans le matériau. Ces aciers ont une faible résistance à la corrosion mais on peut facilement leur ajouter un revêtement protecteur. Ils peuvent travailler à des températures très basses et sont sujets à la relaxation à haute température. Le domaine d'utilisation peut ainsi être compris entre -80degresC et 150degresC.

Les aciers trempés ont une bonne résistance à la fatigue et sont moins sujets à la relaxation que les aciers tréfilés. Suivant la relaxation tolérée, on peut considérer que le domaine d'utilisation va de -20 degrés C à 170 degrés C. Ces aciers ont une faible résistance à la corrosion.

Lorsque des problèmes de corrosion surviennent, l'utilisation des aciers inoxydables est conseillée. Ils ont une résistance à la fatigue inférieure aux deux aciers précédents. De nombreuses nuances existent. Les aciers inoxydables sont majoritairement issus de la nuance 1.4310. Appelée encore AISI 302, elle contient 18% de chrome et 8% de nickel. Le domaine d'utilisation, assez important, peut aller de -200degresC jusqu'à 300degresC. Attention toutefois, cette nuance n'est amagnétique qu'à l'état recuit. La nuance 1.440 (AISI 316) a une excellente tenue à la corrosion mais des caractéristiques mécaniques inférieures. Pour une meilleure résistance à la relaxation et à la fatigue, on peut utiliser la nuance 1.4568 communément appelée 631 suivant la norme AISI ou encore 17/7PH.

D'autres matériaux peuvent être employés pour des applications spécifiques comme par exemple les alliages de cuivre au béryllium pour avoir une grande conductivité électrique.

Quelques caractéristiques des matériaux courants

Matériau

Acier DH

Inox 302

diamètre de fil (mm)

de 0,3 à 12

de 0,15 à 15

masse volumique (Kg/dm3)

7.85

7.90

G (N/mm2)

81500

70000

E (N/mm2)

206000

180000

Rm = f(d) (N/mm2)

2230 - 355.94 Ln (d)

1919 - 255.86 Ln (d)

Contrainte de torsion maximale admissible τzul

0.50 Rm

0.48 Rm

Contrainte de flexion maximale admissible σzul

0.70 Rm

0.70 Rm

 

Caractéristiques en fatigue : Diagrammes de Goodman

Pour les ressorts de compression, on dispose des diagrammes de Goodman pour 107 cycles (normes européennes).




Manuel Paredes