Les défis du contrôle en déformation
Pourquoi le contrôle en déformation ?
Certaines propriétés mécaniques des métaux sont affectées par la vitesse de l'essai et sont donc « sensibles à la vitesse de déformation ». En 2009, l'une des principales normes d'essai des métaux, ASTM E8, a été mise à jour pour inclure une méthode basée sur le contrôle de la vitesse de déformation sur l'éprouvette. Avant cette modification, les essais ne pouvaient être effectués qu'en contrôle de contrainte ou en contrôle de vitesse de traverse, où la rigidité globale de la machine peut affecter la vitesse sur l'éprouvette et entraîner des différences dans les résultats. Lors de l'essai de matériaux sensibles à la déformation avec un contrôle de vitesse de traverse, les vitesses d'essai autorisées peuvent provoquer une différence de plus de 10 % dans les résultats de limite d'élasticité entre les essais effectués à la vitesse la plus lente et la plus rapide autorisée dans ASTM E8/E8M et ISO 6892-1.
Cependant, effectuer un essai en contrôle de déformation permet à l'essai de fonctionner à différentes vitesses pendant l'essai afin de compenser la compliance de la machine et de maintenir une vitesse de déformation constante sur l'éprouvette. Cette méthode augmente la productivité en réduisant le temps d'essai global requis. Elle peut également faire gagner du temps et éviter le gaspillage d'éprouvettes pour régler l'essai, car contrairement à la méthode de contrôle de contrainte, le contrôle de déformation en boucle fermée ne nécessite pas de multiples ajustements par essais et erreurs de la vitesse de traverse pour garantir que la vitesse de déformation est conforme aux normes d'essai.
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Exigences pour atteindre le contrôle de déformation en boucle fermée
Pour qu'un système d'essai atteigne le contrôle de déformation en boucle fermée, certaines exigences doivent être satisfaites. Dans tous les cas, il est important que la machine d'essai et l'extensomètre soient isolés de toute vibration ou choc soudain ou répétitif, car cela pourrait causer des interférences dans vos essais.
Un extensomètre est un dispositif de haute précision utilisé pour mesurer la déformation d'une éprouvette. Les extensomètres éliminent la compliance du système du calcul de la mesure de déformation, mais il est important que l'extensomètre choisi soit approprié pour la longueur de déplacement de l'éprouvette et ait un rapport approprié entre la longueur parallèle et la longueur de référence.
Les mors doivent maintenir fermement l'éprouvette pendant l'essai, de préférence avec une rigidité élevée et une compliance minimale. Le graphique montre comment différents types de dispositifs de serrage peuvent affecter la rigidité du système et comment une machine en contrôle de déformation devrait compenser.
Le bâti de charge du système d'essai nécessite un système d'entraînement précis et stable avec une rigidité élevée. À droite se trouve une courbe contrainte-déformation sur des matériaux nominalement similaires — l'un testé sur un bâti à rigidité élevée et l'autre sur un bâti à faible rigidité. En utilisant un calcul de méthode de déformation estimée, les deux essais sont effectués à une vitesse de traverse constante de 2,25 mm/min. Il y avait une différence de 21 % dans la « vitesse de l'éprouvette » (exprimée en mm/min), ce qui a conduit à une différence de 5 % dans le résultat de limite d'élasticité.
Ce graphique montre la différence de vitesse de l'éprouvette entre un système « rigide » et un système moins rigide. Au début de l'essai, il est montré que le mouvement de la traverse est transféré en déformation sur l'éprouvette très rapidement, alors que sur le système plus faible, cela prend plus de temps. Cela est dû à la déflexion de la machine/cellule de charge/mors, qui fait que ce mouvement n'est pas transféré à l'éprouvette. Si les deux machines utilisaient le contrôle de déformation, les résultats seraient beaucoup plus comparables, mais le contrôle sera probablement plus difficile sur le système plus faible.
Les machines capables de contrôle de vitesse de déformation nécessitent un contrôleur réactif et un système d'entraînement précis et stable afin de maintenir les tolérances requises par la norme d'essai. Certaines machines sont annoncées comme étant capables d'atteindre cette méthode mais nécessitent que l'utilisateur règle manuellement les paramètres de gain du contrôleur, ce qui peut être difficile même pour l'opérateur de système le plus expérimenté.
Éprouvette
Une éprouvette proportionnelle et un extensomètre à longueur de référence proportionnelle sont idéaux. En réalité, une éprouvette avec un bon rapport longueur de référence/longueur parallèle est bien adaptée pour minimiser la déformation observée en dehors de la longueur de référence, permettant au contrôle d'être plus stable. Si vos éprouvettes varient d'un écoulement discontinu à un écoulement continu, il est important de changer de méthode de contrôle pour chaque type. Comme un écoulement local peut se produire en dehors de la longueur de référence sur un matériau à écoulement discontinu, il est impossible de contrôler à partir du retour de déformation et devrait être en contrôle de vitesse de traverse pendant l'allongement au point d'écoulement [YPE/Ae].
Avantages du contrôle de déformation en boucle fermée
✓ Résultats plus reproductibles et comparables - les résultats d'essai sont fiables d'une machine à l'autre
✓ Efficacité améliorée - le temps par essai est minimisé et le temps de configuration réduit
✓ Pas besoin de régler avec une éprouvette lors de l'utilisation d'un système d'essai avec électronique de contrôleur série 6800
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