Le véritable guide des essais de traction sur métaux selon la norme ASTM E8/E8M

Comment réaliser un essai de résistance à la traction sur des métaux selon la norme ASTM E8/E8M

Écrit par Matthew Spiret

ASTM E8/E8M est l’une des méthodes d’essai les plus courantes pour déterminer les propriétés de traction des matériaux métalliques, l’autre étant l’ASTM A370. Publiée pour la première fois en 1924, elle s’appelait à l’origine ASTM E8-24T et est la plus ancienne norme active utilisée pour les essais sur les métaux. Comme pour la plupart des normes, la norme ASTM E8 a souvent fait l’objet de modifications mineures et fréquentes. En revanche, récemment, l’un de ces changements a été significatif. Avant 2011, la norme ASTM E8/E8M était divisée en deux normes distinctes : E8 pour les utilisateurs d’unités impériales et E8M pour les utilisateurs d’unités métriques. Les deux normes ont été fusionnées pour des raisons de simplicité en ASTM E8/E8M.

 

Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d’un essai de traction pour la norme ASTM E8/E8M et vous donnera un aperçu de l’équipement d’essai, du logiciel et des échantillons de traction nécessaires. Cependant, toute personne prévoyant de réaliser des essais selon la norme ASTM E8/E8M ne doit pas considérer ce guide comme substitut à la lecture de la norme complète.


Que mesure-t-elle ?

La norme ASTM E8/E8M mesure les propriétés de traction des matériaux métalliques sous toutes leurs formes à une température ambiante comprise entre – 10 et 38 degrés Celsius (–50 et 100 degrés Fahrenheit). Bien que la norme ASTM E8/E8M mesure de nombreuses propriétés de traction différentes, celles qui suivent sont les plus fréquentes :

Système d’essai des matériaux

Comme l’essai ASTM E8/E8M est réalisé sur une grande variété de métaux, les exigences en matière de force du système peuvent varier considérablement. La série 5900 d’Instron® offre des bâtis d’essai adaptés aux essais de tôles (10 kN) jusqu’aux plaques d’acier (600 kN). Le bâti de charge de la série 5900 comprend des roulements préchargés, des vis à billes de précision, une traverse et une poutre de base épaisses et des courroies d’entraînement à faible allongement. 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 tests de matériaux à haute résistance tels que les composites aérospatiaux, les alliages métalliques et les polymères cristallins.

Bâtis rigides pour métaux à haute résistance

Échantillons pour la traction

La norme ASTM E8/E8M prévoit de nombreux types d’échantillons différents et définit des géométries et des dimensions appropriées pour chacun d’entre eux. Les barres, les tubes, les feuilles, les échantillons avec goupilles, les échantillons ronds et les produits métallurgiques en poudre sont quelques-unes des nombreuses possibilités d’essai pour cette norme. Le plus souvent, l’échantillon utilisé est un rectangle en forme d’os de chien d’une largeur de 12.5 mm (0,5 po.) et d’une longueur de jauge de 50 mm (2 po.).

 Echantillons ASTM E8

Méthodes d’essai

Comme pour les normes d’essai des métaux les plus courantes, il existe 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. La vidéo ci-dessous présente plus en détail les différences entre les différentes méthodes de contrôle. 

Amarrages

Bien qu’il existe de nombreuses technologies de préhension différentes adaptées aux essais E8/E8M (de blocage, hydraulique, pneumatique, etc.) ; elles peuvent toutes être classées comme proportionnelles ou non proportionnelles en fonction de la manière dont elles exercent la force de serrage sur l’échantillon.

Graphique sur les amarrages proportionnels et non proportionnels selon la norme ASTM E8

Avec les amarrages proportionnels, la force exercée sur l’échantillon est proportionnelle à la charge de traction appliquée. Lorsque la charge de traction augmente au cours d’un essai, la force de préhension sur l’échantillon augmente également. Les amarrages de blocage sont une option populaire pour la préhension proportionnelle et existent en versions manuelle, pneumatique et hydraulique pour répondre à une large plage d’utilisation pour les essais. La forme de l’amarrage de blocage lui permet d’exercer une pression proportionnelle : lorsque la force de traction est appliquée à l’échantillon, celui-ci est tenu davantage dans la zone la plus étroite du blocage, augmentant la pression de préhension.

Avec les amarrages non proportionnels, la force de serrage sur l’échantillon reste constante et indépendante de la charge de traction appliquée. C’est le cas des amarrages à action latérale et des amarrages hydrauliques de blocage résistant à l’usure, la force de serrage est générée par une source d’énergie qui n’est pas directement associée à la charge de traction de l’échantillon. Cette source d’énergie est généralement une alimentation hydraulique sous haute pression (210 bar/3000 psi ou plus). L’un des avantages des amarrages non proportionnels est que la force de serrage est généralement plus réglable, ce qui offre plus de possibilités pour les différentes utilisations.

Protection des échantillons

Lorsqu’un échantillon est inséré dans les amarrages pendant la mise en place de l’essai, des forces de compression indésirables sont généralement produites. Ceci est dû au fait qu’une petite quantité de matériau est déplacée par la pression et réexpulsée dans le corps de l’échantillon, poussant effectivement contre la cellule de charge. Ces forces indésirables peuvent provoquer une déformation de l’échantillon et des erreurs dans les données de l’essai. Car ils n’appliquent pas de forces importantes pendant la mise en place de l’essai que les amarrages proportionnels peuvent maintenir ces forces indésirables à un niveau inférieur à celui des amarrages non proportionnels. La série 5900 d’Instron est dotée de la fonction Specimen Protect, qui ajuste automatiquement la position de la traverse pendant la mise en place de l’essai afin de supprimer automatiquement la charge de compression, quelle que soit la solution de préhension choisie pour l’essai.

Amarrages Instron à forte charge

Extensomètres pour mesurer la résistance à la traction

La plupart des normes d’essai des métaux exigent un appareil de haute précision pour déterminer les propriétés de déformation à des valeurs inférieures, comme pour les modules ou le rendement et un appareil de précision légèrement inférieure pour les valeurs de déformation élevées, comme l’allongement uniforme ou l’allongement total. La norme ASTM E8/E8M exige un appareil de classe B2 ou supérieure (par exemple ASTM E83) pour déterminer les valeurs de rendement et d’allongement qui sont inférieures à 5 % de déformation. Pour des résultats supérieurs à 5 % de déformation, un dispositif de classe C ou supérieure est nécessaire.

Il existe trois types différents d’extensomètres qui sont généralement utilisés pour les essais ASTM E8 : les appareils à clip-on, les appareils automatiques avec ou sans contact. Les extensomètres à Clip-on tels que celui de la série 2630 sont les plus couramment utilisés. Ces appareils peuvent fournir des données de déformation incroyablement précises et stables et sont généralement moins chers à l’achat que les autres types. ls doivent être suffisamment robustes pour survivre dans les laboratoires d’essais à haut débit et absorber tout choc dû à la rupture d’échantillons métalliques de grande taille.

Les dispositifs automatiques avec contact comme le AutoX750 offrent l’avantage d’une force de serrage et d’un placement répétables, ils permettent de réduire les variations entre différents opérateurs plaçant manuellement les extensomètres à clip-on. Les dispositifs automatiques avec contact peuvent également s’adapter à plusieurs longueurs de jauge, ce qui peut être utile pour les utilisateurs qui doivent tester divers types d’échantillons. Lorsqu’il est monté avec le logiciel Bluehill® Universal, l’AutoX750 peut être configurée pour se retirer automatiquement juste avant la rupture de l’échantillon afin d’éviter toute usure excessive des bords du couteau.

Les dispositifs sans contact tels que l’AVE 2 Extensomètre vidéo automatique offrent l’avantage d’éliminer toute influence liée au contact physique de l’extensomètre avec l’échantillon. Par exemple, si un échantillon est très mince le poids d’un dispositif à clip-on peut modifier considérablement les résultats. Les bords de couteau utilisés pour fixer le dispositif sur un échantillon fragile peuvent également l’endommager. De plus, comme l’AVE n’entre pas en contact avec le matériau, il n’y a aucun risque que l’extensomètre soit endommagé ou usé lors du test de matériaux à grande taille.

extensomètres 

Calculs et résultats

Tous les calculs nécessaires aux essais ASTM E8/E8M 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 E8. Le dossier de méthodes pour les métaux fournit également des méthodes préconfigurées pour toutes les normes suivantes : ASTM E8/E8M, ASTM A370, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113& ISO 10275.

Méthode d’essai avec Bluehill Universal

Débit global

La plupart des laboratoires qui effectuent des essais selon la norme ASTM E8/E8M doivent tester un grand nombre d’échantillons de façon régulière. C’est pourquoi tout ce qui peut être fait pour augmenter le débit est avantageux. Heureusement, il existe de nombreuses possibilités pour augmenter le débit de données pour les essais selon la norme ASTM E8/E8M. De petites modifications aux logiciels peuvent réduire les tâches répétitives, et certains amarrages et certains extensomètres peuvent réduire le temps de réglage et augmenter la répétabilité, ce qui réduira le besoin d’effectuer de nouveaux tests. Il est enfin possible d’automatiser entièrement l’ensemble du processus d’essai, ce qui permet d’effectuer des essais pendant plusieurs heures sans aucune intervention de l’opérateur.

Bluehill Universal Brochure

Bluehill Universal Software is built from the ground-up for touch interaction and an intuitive user experience. Discover simpler and smarter testing with features such as pre-loaded test methods, QuickTest in seconds, enhanced data exporting: and Instron Connect – a new feature that provides a direct communication link to Service. Users of previous versions of software such as Bluehill 2 and Bluehill 3 can easily upgrade to the newest version of Bluehill.

2743-401 Hydraulic Wedge Grips

Instron's 100 kN hydraulic wedge grips provide an innovative solution for high-capacity testing and delivery enhanced gripping performance, usability, and operator safety. 

AVE 2 Non-Contacting Video Extensometer

The second generation Advanced Video Extensometer (AVE 2) utilizes patented measurement technology in the fastest, most accurate non-contacting strain measurement device commercially available.

2630 Series Strain Gauge Extensometers

 The 2630-100 series of extensometers offers speed of attachment and ease-of-use. The light-weight, rugged cross-brace design eliminates errors caused by physical distortion, while built-in protection ensures that damage is not caused by over-extension.