Essai de choc
Les essais de choc mesurent la capacité d’un matériau à résister à des forces soudaines et à grande vitesse, offrant ainsi une image précise de la manière dont il absorbe l’énergie avant sa rupture finale. En capturant ce comportement sous une charge rapide, les ingénieurs obtiennent des informations essentielles sur la ténacité, la durabilité et les performances en conditions réelles. Ces tests permettent de prédire la réaction d’un produit aux impacts en service, qu’il s’agisse d’un composant structurel, d’un produit de consommation ou d’une pièce critique pour la sécurité, faisant des essais de choc une étape clé dans la conception de matériaux plus résistants et plus fiables.
Pourquoi les essais de choc sont-ils importants ?
La résistance au choc est l’une des propriétés les plus importantes à prendre en compte pour un concepteur de pièces et, sans aucun doute, la plus difficile à quantifier. Dans de nombreuses applications, la résistance au choc d’une pièce constitue une mesure critique de sa durée de vie en service. Plus important encore aujourd’hui, elle soulève la question complexe de la sécurité des produits et de la responsabilité.
Il faut déterminer :
- Les énergies de choc auxquelles la pièce peut être exposée au cours de sa durée de vie
- Le type d’impact qui délivrera cette énergie, puis
- Sélectionner un matériau qui résistera à de telles agressions sur la durée de vie prévue
Les contraintes de moulage, l’orientation des polymères, les zones de faiblesse (p. ex. lignes de soudure ou zones d’injection) et la géométrie de la pièce affecteront les performances au choc. Les propriétés au choc changent également lorsque des additifs, p. ex. des agents colorants, sont ajoutés aux plastiques.
Les contraintes de moulage, l’orientation des polymères, les zones de faiblesse (p. ex. lignes de soudure ou zones d’injection) et la géométrie de la pièce affecteront les performances au choc. Les propriétés au choc changent également lorsque des additifs, p. ex. des agents colorants, sont ajoutés aux plastiques.
Ductile vs. fragile
La plupart des impacts en conditions réelles sont biaxiaux plutôt qu’unidirectionnels.
Une complication supplémentaire réside dans le choix des modes de rupture : ductile ou fragile. Les matériaux fragiles nécessitent peu d’énergie pour amorcer une fissure, et à peine plus pour la propager jusqu’à une rupture brutale. D’autres matériaux présentent une ductilité à des degrés variables. Les matériaux très ductiles rompent par perforation lors des essais à masse tombante et nécessitent une charge énergétique élevée pour amorcer et propager la fissure.
De nombreux matériaux peuvent présenter une rupture ductile ou fragile, selon le type d’essai ainsi que les conditions de vitesse et de température. Ils présentent une transition ductile/fragile qui se déplace en fonction de ces variables.
Quel équipement d’essai est essentiel pour les résultats des essais de choc
Les machines d'essai de résilience par pendule et les appareils d'essai par chute de poids sont tous deux essentiels pour valider les performances des matériaux. Cependant, il existe des différences entre ces deux instruments qui déterminent quelle application convient le mieux à chacun
Différence entre une machine d’essai de choc au pendule et une machine d’essai à masse tombante
Chaque essai utilise une approche différente.
Comme son nom l’indique, un pendule utilise un marteau (masse) en rotation autour d’un axe pour frapper un échantillon. Le point d’impact se situe au point le plus bas de l’arc du pendule, lorsque la force est uniquement dirigée dans le plan horizontal.
Dans une machine d’essai à masse tombante, une masse est lâchée sur un échantillon et l’impact est mesuré à l’aide d’une cellule de charge. La force d’impact est uniquement dirigée dans le plan vertical. Contrairement aux pendules, les tours de chute peuvent également mesurer la déformation, fournissant ainsi davantage d’informations sur les propriétés du matériau.
La première étape pour déterminer s’il faut utiliser un pendule ou une tour de chute consiste à connaître les normes auxquelles l’essai doit se conformer.
Il existe deux normes traditionnelles pour mesurer la résistance au choc : l’essai de choc au pendule Charpy (ISO 179/ASTM D6110) et l’essai Izod (ISO 180/ASTM D256). Ces deux méthodes d’essai sont utilisées pour certifier la résistance au choc d’une grande variété de matériaux, notamment les métaux ainsi que les plastiques, les résines et les composites. Elles figurent souvent sur les fiches techniques pour montrer que le matériau est conforme à ses spécifications.
Ni les normes d’essai Charpy ni Izod n’autorisent l’utilisation de tours de chute, à l’exception de la norme ISO 179-2. Cette limitation signifie que seuls les pendules de choc peuvent être utilisés pour certifier des produits selon ISO 179-1/ASTM D6110 et/ou ISO 180/ASTM D256.
Les machines d’essai à masse tombante peuvent néanmoins être utilisées pour réaliser des essais Charpy et Izod à des fins internes (p. ex. pour comparer des produits ou étudier les propriétés des matériaux). De plus, les tours de chute offrent une plus grande flexibilité que les pendules en matière de configurations d’essai et peuvent tester selon diverses normes, notamment :
- ISO11343 – Adhésifs – Méthode d’essai de choc en pelage
- ISO 8256 – Détermination de l’essai de choc en traction
- ISO 6603-2 et ASTM D3763 - Résistance à la perforation des plastiques
- ASTM D7136 - Compression après impact
Les tours de chute peuvent également être utilisées pour réaliser des essais sur composants allant au-delà des exigences des normes internationales.
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