Le véritable guide de la norme ASTM A370

Essai de traction sur les métaux

Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d’un essai de traction pour la norme ASTM A370 et vous donnera un aperçu de l’équipement d’essai, du logiciel et des échantillons nécessaires.

Différences entre ASTM A370 et ASTM E8 Que mesure-t-elle ?

Bien que la norme ASTM A370 fasse référence à différents types d’essais, l’essai de traction est le plus approfondi. Voici les propriétés les plus couramment mesurées :

• Module d’élasticité– Mesure de la résistance d’un matériau à la déformation élastique
• Limite d’élasticité - Contrainte à laquelle un matériau subit une déformation permanente
• Résistance à la traction - Force ou contrainte maximale qu’un matériau est capable de supporter
• Réduction de la surface - Mesure de la ductilité d’un matériau
• Allongement total– - Mesure du pourcentage d’augmentation de la longueur après rupture

Système d’essai des matériaux

Comme l’essai ASTM A370 est réalisé sur une grande variété de produits en acier et sur des échantillons à la géométrie variable, les exigences en matière de force du système peuvent varier considérablement. La série  Industrial d’Instron propose des bâtis d’essai adaptés aux essais sur aciers ronds inoxydables usinés (300 kN) jusqu’aux produits tubulaires à paroi épaisse (2000 kN). Les bâtis de charge de la série Industrial sont équipés de vis à billes, de colonnes à haute rigidité et permettent la mesure de la charge par jauge de contrainte et une élimination du jeu pour une meilleure durabilité. Ces caractéristiques contribuent à une meilleure performance en produisant des résultats plus précis et en minimisant l’énergie emmagasinée pendant un essai, ce qui est particulièrement important lors des essais de matériaux à haute résistance tels que les ressorts et les fixations de grande taille.

Échantillons pour la traction

La géométrie des échantillons ASTM A370 peut être ronde, plate ou manufacturée. La norme définit les dimensions de nombreux types d’échantillons courants, notamment les barres, les tubes, les fixations, les fils et les échantillons ronds.

Méthodes d’essai

Comme pour les normes d’essai des métaux les plus courants, la norme ASTM A370 décrit trois types de contrôles d’essai : Contrôle du taux de contrainte, contrôle de la vitesse de déformation et contrôle du déplacement de la traverse. Pour la norme ASTM E8/E8M, ces types de contrôles sont appelés méthodes A, B et C. Dans la norme ASTM A370, le contrôle des essais de traction renvoie aux méthodes de la norme ASTM E8/E8M avec l’ajout de certains calculs spécifiques aux différents matériaux et applications de la norme ASTM A370. Les fabricants effectuent généralement des essais en utilisant le déplacement de la traverse pendant toute la durée de l’essai, ou s’appuient sur le contrôle du taux de contrainte par le calcul du module élastique, puis passent au contrôle du déplacement de la traverse pour le reste de l’essai. La vidéo ci-dessous présente la méthode de contrôle du taux de contrainte de manière plus détaillée.

Mâchoires et extensomètres

Bien qu’il existe de nombreuses technologies de préhension différentes adaptées aux essais de matériaux ronds et plats, les mâchoires hydrauliques de blocage ou à action latérale sont des options populaires et polyvalentes, bien que certains des matériaux de la norme ASTM A370 (tubes et fixations, par exemple) requièrent des solutions plus spécifiques. 

Annexe 1 - Barre

Cette annexe traite des dimensions d’échantillon et des exigences en matière de longueur de référence d’extensomètre pour les barres laminées à chaud et finies à froid pour les échantillons de forme plate, ronde, carrée, hexagonale et octogonale. Des mâchoires de blocage proportionnels sont généralement recommandés pour tester le matériau des barres. Toutefois, en raison de leur résistance à la traction extrêmement élevée, certaines barres (en particulier le type utilisé pour fabriquer des ressorts) peuvent endommager sérieusement les faces des mâchoires d’une pince de blocage standard lorsqu’elles glissent pendant un essai de traction. Dans ces cas, nous recommandons une pince non proportionnelle à action latérale afin de maintenir le matériau plus fermement pendant l’essai et lors de la rupture de l’échantillon.

Tous les échantillons en barres laminées à chaud nécessitent un instrument de 8 Po de longueur de jauge pour la mesure de la déformation, car ils sont pleins et non usinés. Les options appropriées pour l’extensométrie sont soit un AUTOX750 d’Instron avec une longueur de jauge réglable, soit un appareil manuel à pince avec une longueur de référence dédiée de 8 Po comme les E-series W-6280-8 et W-6280-200 d’Instron. Les matériaux laminés à chaud ne peuvent malheureusement pas être testés avec un extensomètre sans contact tel que le AVE2 d’Instron, car les débris de copeaux pendant l’essai feront effacer les marques de référence de l’échantillon ou feront perdre à l’instrument l’emplacement des marques de référence.

La section des échantillons de matériaux finis à froid est réduite par l’usinage, et, en tant que tels, ils nécessitent un extensomètre approprié de 2 Po de longueur de jauge comme l’AUTOX750, l’AVE2, ou un dispositif manuel à pince. L’extensométrie de classe B2 convient pour un rendement décentré de 0,2 %, mais un appareil de classe B1 est recommandé si un calcul pour un rendement en pourcentage inférieur est nécessaire.

L’annexe 1 traite également des exigences relatives aux essais de pliage pour les barres laminées à chaud et les barres finies à froid. Les essais sont réalisés sur des matériaux pleins lorsque les dimensions du matériau le permettent et l’annexe précise les dimensions des échantillons usinés si cela est nécessaire. Les essais de pliage sont réalisés dans le but d’inspecter visuellement le matériau pour détecter les fissures de surface et nécessitent les appareils d’essai de pliage W-6810 et W-6812 d’Instron. 

Annexe 2 - Tubes et tuyaux

Lorsque l’on teste des produits tubulaires tels que des tubes pleins ou des échantillons en forme d’os coupée dans un tube ou un tuyau, un mâchoire de blocage proportionnel est une solution adéquate et économique. Si l’aplatissement de l’extrémité des échantillons en forme d’os n’est pas souhaité, nous recommandons l’utilisation d’un jeu de pince-étaux, qui sont particulièrement utiles pour tester les échantillons à parois épaisses avec une résistance à la traction élevée, car ils éliminent le glissement et augmentent la précision de la déformation au début de l’essai.

Les solutions de mesure de la contrainte pour les tuyaux et les tubes peuvent être soit des extensomètres automatiques à contact comme le AUTOX750 ou un dispositif manuel à pince comme celui de la série W-6280 d’Instron. Pour tester des produits tubulaires plein, l’AUTOX750 peut accepter un diamètre maximum d’échantillon de 100 mm avec une longueur de jauge de 2 Po. L’extensométrie de classe B2 convient pour un rendement décentré de 0,2 %, mais  un appareil de classe B1 est recommandé si un calcul pour un rendement en pourcentage inférieur est nécessaire.

L’annexe 2 décrit également plusieurs essais de compression permettant de prouver la ductilité de certains produits tubulaires, notamment les essais d’aplatissement, d’aplatissement inversé, d’écrasement, de bridage, d’évasement, de pliage et de pliage guidé par la traverse. Les enclumes et matrices de compression de base peuvent facilement convenir à la plupart de ces essais, à l’exception de l’essai de pliage guidé, pour lequel Instron propose le dispositif W-6810. 

Annexe 3 - Fixations 

Les essais sur les fixations nécessitent des accessoires de préhension spécialisés qui maintiennent la tête de la fixation et concentrent la contrainte de traction sur la partie filetée de l’échantillon. Ces accessoires sont composés de porte-boulons, de rondelles de différents diamètres, de cales et de filetages conçus pour s’adapter à chaque taille spécifique de fixation. Dans le cas où une fixation est trop grande pour être testée sur un système d’essai donné, il est permis d’usiner un échantillon traditionnel de 0,505 Po avec une longueur de jauge standard de 2 Po pour les essais. En plus des essais axiaux, deux types d’essais de cisaillement (double et simple) sont également importants et exigés par les normes ASTM F-606 et MIL-STD 1312, comme les essais de résistance des écrous avec un mandrin.

L’extensométrie n’est généralement pas nécessaire pour tester les fixations, mais elle peut être utile pour déterminer si le matériau présente une déformation. Un choix approprié est le W-E439 d’Instron.

Annexe 4 - Fil rond

L’annexe 4 se concentre principalement sur deux types de préhension pour les produits en fil rond : une préhension secondaire de blocage et une préhension à came. Ces deux solutions sont considérées comme adéquates pour tester des fils de faible capacité également malléables par nature. La longueur de jauge pour tester les échantillons de fil rond et plein est de 10 Po. La rupture des mâchoires peut être un problème courant lors de l’essai de ce type d’échantillon, car lorsque la rupture de l’échantillon se produit près des mâchoires, les résultats de l’essai ne sont pas considérés comme devant être rapportés. Pour cette raison, l’alignement des pinces est important. Si la mesure de la déformation est nécessaire, un dispositif à pince de 10 Po” de longueur de jauge est approprié, tout comme une solution automatique comme l’AUTOX750.

Annexe A5 - Impact Charpy

L’essai d’impact Charpy utilisé pour calculer l’énergie totale absorbée est discuté en détail dans la section générale de la norme A370 ainsi que dans l’annexe A5. Il s’agit d’un essai obligatoire pour la production de la plupart des aciers décrits dans la norme. Les dimensions des échantillons sont bien définies et des exemples illustrés sur les différents types de rupture sont inclus. Pour plus de détails, la norme ASTM A370 fait référence à la norme d’impact Charpy ASTM E-23. Instron propose des solutions adaptées de 300 joules à 900 joules comme le système MPX avec le logiciel Bluehill Impact .

Anciennes annexes

Dans la dernière mise à jour de la norme ASTM A370, l’annexe A7 (toron multifilaire) et l’annexe A9 (barre d’armature en acier) ont été déplacées vers leurs normes de produit respectives ASTM A1061/A1061M et ASTM A615. Puisque ces applications ont été abordées longuement dans les versions antérieures de l’ASTM A370, nous aborderons encore ces applications dans ce guide. 

Toron de câbles - Anciennement Annexe A7

7 torons de câbles sont normalement utilisés dans la production de béton précontraint. Il est difficile de tester un toron de câbles sans l’équipement adéquat, et bien qu’un mâchoire de blocage proportionnel soit acceptable, un mâchoire non proportionnel à action latérale est un bien meilleur choix pour la cohérence et les résultats. Selon la norme ASTM A1061/A1061M, les longueurs des échantillons sont de 48 pouces et nécessitent un dispositif de mesure de la longueur de jauge de 24 Po” pour une mesure correcte du changement de longueur.

Barres d’armature - Anciennement Annexe A9

Les barres d’armature ou “« fer à béton »” sont un autre matériau pour lequel les échantillons n’ont pas de section réduite et nécessitent donc un extensomètre de 8” Po/200 mm de longueur. Un mâchoire de blocage proportionnel est le plus approprié pour ce test. En Amérique du Nord, la convention sur les tailles est basée sur une barre d’armature n°8 qui est de diamètre nominal 1”, ou 8/8 Po. Le matériau de plus grand diamètre inclus dans la norme de produit au cours des dernières années est la barre filetée n° 20, qui présente également une résistance à la traction de 100 ksi. L’essai du produit le plus grand donne des charges d’essai maximales de 720,000 lb. Un test supplémentaire dans le cadre de la norme AC133 est un essai de couplage de barres d’armature qui se déroule selon une manière cyclique « à zéro » en utilisant une pince non proportionnelle à double action latérale ou à action latérale unique.

Calculs et résultats

Tous les calculs nécessaires aux essais ASTM A370 sont déjà préconfigurés dans Buehill Universal. Pour ceux qui préfèrent partir de zéro et construire leur propre méthode, les calculs saisis manuellement peuvent aussi être facilement configurés pour les essais selon la norme ASTM A370. Le dossier de méthodes pour les métaux fournit également des méthodes préconfigurées pour toutes les normes suivantes : ASTM E8/E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 1027.

Ce guide n’est pas considéré comme un substitut adéquat à la lecture et au respect de la norme complète.