ASTM A370 : Essais mécaniques des produits en acier
Essais de traction des métaux
L'ASTM A370 est l'une des normes les plus largement reconnues et complètes pour mesurer la résistance à la traction des métaux. Elle est utilisée par de nombreuses industries telles que la construction et la fabrication automobile où la sécurité dépend de la qualité des matériaux. En plus des essais de traction, la norme décrit également les essais de choc Charpy, de pliage et de dureté Brinell et Rockwell sur les métaux, qui sont approfondis par les normes ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 et ASTM E18.
Ce guide est conçu pour vous présenter les éléments de base d'un essai de traction ASTM A370 et fournir un aperçu de l'équipement d'essai, des logiciels et des éprouvettes nécessaires. Ce guide n'est pas considéré comme un substitut adéquat à la lecture et au respect de la norme complète.
Différences entre ASTM A370 et ASTM E8
L'ASTM A370 partage le même équipement et les mêmes méthodes d'essai qu'une autre norme majeure d'essai des métaux, l'ASTM E8. L'A370 diffère de l'E8 en ce qu'elle définit plus précisément les caractéristiques des éprouvettes d'aciers spécifiques à plusieurs types de produits différents. Ces produits abordent l'essai de barres, de tubes, de fixations et de fils ronds, et sont inclus dans les annexes de l'ASTM A370 avec quelques clarifications procédurales. Il est important de noter que bien que les sections annexées soient supplémentaires à la section générale de la norme, la norme de produit prévaut souvent en cas de conflit.
Que mesure-t-elle ?
Bien que l'ASTM A370 fasse référence à différents types d'essais, l'essai de traction est l'objectif principal. Les propriétés les plus couramment mesurées sont les suivantes :
- Module d'élasticité – Une mesure de la résistance d'un matériau à la déformation élastique
- Limite d'élasticité – La contrainte à laquelle un matériau se déforme de manière permanente
- Résistance à la traction – La force ou la contrainte maximale qu'un matériau est capable de supporter
- Réduction de section – Une mesure de la ductilité d'un matériau
- Allongement total – Une mesure de l'augmentation en pourcentage de la longueur après rupture
Système d'essai des matériaux
Étant donné que les essais ASTM A370 sont effectués sur une grande variété de produits en acier et de géométries d'éprouvettes, les exigences de force du système peuvent varier considérablement. La série industrielle d'Instron propose des bâti d'essai adaptés aux essais d'éprouvettes rondes en acier inoxydable usinées (300 kN) jusqu'aux produits tubulaires à paroi épaisse (2 000 kN). Les bâti de charge de la série industrielle comprennent des vis à billes et des colonnes à haute rigidité, une mesure de charge par jauge de contrainte et une élimination du jeu pour une durabilité accrue. Ces caractéristiques contribuent à de meilleures performances en produisant des résultats plus précis et en minimisant l'énergie stockée pendant un essai, ce qui est particulièrement évident lors de l'essai de matériaux à haute résistance tels que le fil à ressort et les fixations de grand diamètre.
Méthodes d'essai
Comme pour les normes d'essai des métaux les plus courantes, l'ASTM A370 décrit trois types de contrôles d'essai : contrôle du taux de contrainte, contrôle du taux de déformation et contrôle du déplacement de la traverse. Pour l'ASTM E8 / E8M, ces types de contrôles sont appelés méthodes A, B et C. Dans l'ASTM A370, le contrôle de l'essai de traction renvoie aux méthodes de l'ASTM E8/E8M avec l'ajout de certains calculs spécifiques aux différents matériaux et applications de la norme ASTM A370. Les fabricants effectuent couramment 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 d'élasticité, puis passent au contrôle du déplacement de la traverse pour le reste de l'essai. La vidéo ci-dessous aborde la méthode de contrôle du taux de déformation plus en détail.
Mors et extensomètres
Bien qu'il existe de nombreuses technologies de mors différentes adaptées à l'essai de matériaux ronds et plats, les mors à coin hydrauliques ou à action latérale sont des options populaires et polyvalentes, bien que certains des matériaux de l'ASTM A370 (tubes et fixations, par exemple) nécessitent des solutions plus spécifiques.
Annexe 1 – Barres
Cette annexe couvre les dimensions des éprouvettes et les exigences de longueur de jauge d'extensomètre pour les matériaux en barres laminées à chaud et finies à froid, pour les formes d'éprouvettes plates, rondes, carrées, hexagonales et octogonales. Des mors à coin proportionnels sont généralement recommandés lors de l'essai de matériaux en barres. Cependant, en raison de sa résistance à la traction extrêmement élevée, certains matériaux en barres (en particulier ceux utilisés pour la fabrication de ressorts) peuvent causer de graves dommages aux faces des mors d'un mors à coin standard en cas de glissement lors d'un essai de traction. Dans ces cas, nous recommandons un mors à action latérale non proportionnel afin de maintenir le matériau plus solidement pendant l'essai et lors de la rupture de l'éprouvette.
Toutes les éprouvettes de barres laminées à chaud nécessitent un instrument de mesure de déformation d'une longueur de jauge de 8 pouces, car elles sont de section complète et non usinées. Les options appropriées pour l'extensométrie sont soit un AUTOX750 Instron avec longueur de jauge réglable, soit un dispositif manuel à clipser avec une longueur de jauge dédiée de 8 pouces, tel que les séries E W-6280-8 et W-6280-200 d'Instron. Malheureusement, les matériaux laminés à chaud ne peuvent pas être testés à l'aide d'un extensomètre sans contact tel que l'AVE3 d'Instron, car les débris de flocons pendant l'essai entraîneraient soit la chute des marques de jauge de l'éprouvette, soit la perte de visibilité des marques de jauge par l'instrument.
Les éprouvettes de matériaux finis à froid ont une section réduite par usinage, et utilisent donc un extensomètre approprié de 2 pouces de longueur de jauge tel que l'AUTOX750, l'AVE2, ou un dispositif manuel à clipser. L'extensométrie de classe B2 convient pour une limite d'élasticité à 0,2 %, mais un dispositif de classe B1 est recommandé si un calcul de limite d'élasticité à un pourcentage inférieur est requis.
L'annexe 1 couvre également les exigences d'essai de pliage pour les barres laminées à chaud et finies à froid. Les essais sont effectués sur des matériaux de section complète lorsque les dimensions du matériau le permettent, et l'annexe spécifie les dimensions des éprouvettes usinées si nécessaire. Les essais de pliage sont réalisés dans le but d'inspecter visuellement le matériau pour détecter les fissures de surface et nécessitent les fixations d'essai de pliage W-6810 et W-6812 d'Instron.
Annexe 2 – Tuyaux et tubes
Lors de l'essai de produits tubulaires tels que des tuyaux de section complète ou des éprouvettes en forme d'os de chien coupées à partir de tuyaux ou de tubes, un mors à coin proportionnel est une solution adéquate et économique. Si l'aplatissement des extrémités des éprouvettes en forme d'os de chien n'est pas souhaité, nous recommandons l'utilisation de jeux de mors incurvés, qui sont particulièrement utiles pour l'essai d'éprouvettes à parois épaisses et à résistance à la traction plus élevée, car ils éliminent le glissement et augmentent la précision de la déformation au début de l'essai.
Les solutions de mesure de déformation pour les tuyaux et les tubes peuvent être des extensomètres automatiques à contact comme l'AUTOX750 ou un dispositif manuel à clipser tel que la série W-6280 d'Instron. Pour l'essai de produits tubulaires de section complète, l'AUTOX750 peut accepter un diamètre d'éprouvette maximal de 100 mm avec une longueur de jauge de 2 pouces. L'extensométrie de classe B2 convient pour une limite d'élasticité à 0,2 %, mais un dispositif de classe B1 est recommandé si un calcul de limite d'élasticité à un pourcentage inférieur est requis.
L'annexe 2 décrit également plusieurs essais de compression pour prouver la ductilité de certains produits tubulaires, y compris les essais d'aplatissement, d'aplatissement inversé, d'écrasement, de bride, d'évasement, de pliage et de pliage guidé transversal. Des enclumes et des matrices de compression de base peuvent facilement satisfaire bon nombre de ces essais, à l'exception de l'essai de pliage guidé, pour lequel Instron propose la fixation W-6810.
Annexe 3 – Fixations
L'essai de fixations nécessite des accessoires de préhension spécialisés qui soutiennent la tête de la fixation et concentrent la contrainte de traction sur la partie filetée de l'éprouvette. Ils se composent de porte-boulons et de rondelles de différents diamètres, angles, filetages et pas pour correspondre 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 une éprouvette traditionnelle de 0,505 pouce avec une longueur de jauge standard de 2 pouces pour l'essai. En plus des essais axiaux, deux types d'essais de cisaillement (double et simple) sont également importants et requis par l'ASTM F-606 et le MIL-STD 1312, ainsi que l'essai de preuve des écrous avec un mandrin d'essai d'écrou.
L'extensométrie n'est généralement pas requise lors de l'essai de fixations, bien qu'elle puisse 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 mors pour les produits en fil rond : un mors à coin secondaire et un mors à came de type à enroulement. Ces deux solutions sont considérées comme appropriées pour l'essai de fils de faible capacité qui sont également malléables. La longueur de jauge pour l'essai d'éprouvettes de fil rond de section complète est de 10 pouces. Les ruptures au niveau des mors peuvent être un défi courant lors de l'essai de ce type d'éprouvette, car lorsque la rupture de l'éprouvette se produit près des mors, les résultats de l'essai ne sont pas considérés comme rapportables. Pour cette raison, l'alignement des mors est important. Si une mesure de déformation est requise, un dispositif à clipser d'une longueur de jauge de 10 pouces est approprié, tout comme une solution automatique comme l'AUTOX750.
| Fixation pour fil rond ASTM A370 | |
|---|---|
| Mors pour cordon de pneu 2714-107 | |
Annexe A5 – Essai de choc Charpy
L'essai de choc Charpy pour l'énergie totale absorbée est discuté en détail à la fois dans la section générale de l'A370 et dans l'annexe A5. Il s'agit d'un essai requis dans la production de la plupart des aciers décrits dans la norme. Les dimensions des éprouvettes sont bien définies, et des exemples illustrés des différents types de rupture sont inclus. Pour plus de détails, l'ASTM A370 fait référence à la norme d'essai de choc Charpy ASTM E-23. Instron propose des solutions adaptées de 300 joules à 900 joules, telles que le système MPX avec le logiciel Bluehill Impact.
Anciennes annexes
Dans la mise à jour la plus récente de l'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. En raison de leur longue inclusion dans les versions antérieures de l'ASTM A370, nous aborderons toujours ces applications dans ce guide.
Le toron de 7 fils est normalement utilisé dans la production de béton précontraint. Il est difficile de tester le fil toronné sans l'équipement approprié, et bien qu'un mors à coin proportionnel soit acceptable, un mors à action latérale non proportionnel est un bien meilleur choix pour la cohérence et les résultats. Selon la norme ASTM A1061/A1061M, les longueurs d'éprouvette sont de 48 pouces et nécessitent un dispositif de mesure de déformation d'une longueur de jauge de 24 pouces pour une mesure correcte du changement de longueur.
La barre d'armature, ou « rebar », est un autre matériau dont les éprouvettes n'incluent pas de section réduite et nécessitent donc un extensomètre d'une longueur de jauge de 8 pouces/200 mm. Un mors à coin proportionnel est approprié pour cet essai. En Amérique du Nord, la convention de dimensionnement est basée sur une barre d'armature n° 8 ayant un diamètre nominal de 1 pouce, soit 8/8. Le matériau de plus grand diamètre inclus dans la norme de produit ces dernières années est la barre filetée n° 20, qui présente également une résistance à la traction de 100 ksi. L'essai du plus grand produit donne des charges d'essai maximales de 720 000 livres. Un essai supplémentaire selon la norme AC133 est un essai de couplage de barres d'armature qui s'exécute de manière cyclique à travers zéro en utilisant un mors non proportionnel à double action latérale ou à action latérale simple.
Calculs et résultats
Tous les calculs requis pour les essais ASTM A370 sont déjà préconfigurés dans Bluehill Universal. Pour ceux qui préfèrent partir de zéro et construire leur propre méthode, les calculs saisis manuellement peuvent également être facilement configurés pour les essais selon l'ASTM A370. Le package de méthodes pour les métaux fournit également des méthodes pré-construites pour toutes les normes suivantes : ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 1027.
Brochure sur les machines d’essais universelles de haute capacité
Les systèmes de haute capacité d’Instron comprennent des systèmes d’essais électromécaniques et hydrauliques de grande puissance pour les applications de traction et de compression. Les capacités de force s’étendent de 100kN à 2000kN.
Brochure sur les systèmes d’essais de premier plan série 6800
Les systèmes d’essai universels Instron série 6800 offrent une précision et une fiabilité inégalées. Conçue sur une architecture système Operator Protect en instance de brevet, avec un tout nouveau kit d’air Smart-Close et des fonctions d’atténuation des collisions, la série 6800 rend les essais de matériaux plus simples, plus intelligents et plus sûrs que jamais.
Hydraulic Side-Acting Grips (DuraSync)
Instron hydraulic side-action grips are designed for high-capacity testing and maintain a constant clamping force on the specimen that acts perpendicular to the direction of testing and is independent of tensile loading.
Amarrages hydrauliques à étau 2743-401
Les amarrages hydrauliques à étau 100 kN d’Instron fournissent une solution innovante pour les essais haute capacité et offrent des performances de préhension, une facilité d’utilisation et une sécurité de l’opérateur améliorées.
Industrial Series DX Models
Designed for high-capacity tensile, compression, bend/flex, and shear testing, DX Series testing systems feature a dual test space and single footprint. Understanding the critical importance of operator safety, these frames incorporate high-quality materials, components, and craftsmanship and are ideal for testing metals, wire rod, fasteners, concrete, and wood.
Motorized Impact Testing System (MPX)
The Instron® MPX Series of motorized pendulum impact testers are preferred for metals impact testing to Charpy and Izod standards.