Essai de traction ASTM E8 des matériaux métalliques
Comment effectuer un essai de résistance à la traction sur les métaux selon la norme ASTM E8 / E8M
ASTM E8 / E8M est l'une des normes les plus utilisées pour déterminer les propriétés de traction des matériaux métalliques. Avec ASTM A370, elle sert de méthode fondamentale dans les essais de matériaux dans tous les secteurs.
Introduite initialement en 1924 sous la désignation ASTM E8-24T, cette norme a la distinction d'être la plus ancienne norme d'essai des métaux encore activement utilisée. Au fil des décennies, ASTM E8 a subi de nombreuses révisions pour refléter les avancées dans les pratiques d'essai et les besoins de l'industrie.
Une mise à jour majeure a eu lieu en mars 2008, lorsque ASTM E8 (unités impériales) et ASTM E8M (unités métriques) ont été fusionnées en une seule norme unifiée : ASTM E8 / E8M. Cette consolidation a simplifié la conformité et amélioré la clarté pour les essais mondiaux.
Ce guide fournit une introduction complète aux essais de traction ASTM E8 / E8M, comprenant :
- Aperçu du processus d'essai de traction
- Équipement d'essai des matériaux requis
- Logiciel et accessoires de mesure de déformation
- Éprouvettes de traction normalisées
Bien que ce guide soit destiné à fournir un aperçu utile, il ne remplace pas la lecture de la norme ASTM E8 / E8M complète. Les personnes effectuant des essais selon cette norme doivent se référer directement à la documentation officielle pour assurer une conformité totale.
Principales propriétés de traction mesurées par ASTM E8 / E8M
ASTM E8 / E8M est utilisée pour évaluer les propriétés de traction des matériaux métalliques à des températures ambiantes allant de 10 °C à 38 °C (50 °F à 100 °F). Cette norme est essentielle pour évaluer les performances mécaniques des métaux sous diverses formes, notamment les tôles, les plaques, les fils et les barres.
Bien que ASTM E8 / E8M couvre une large gamme de caractéristiques de traction, voici les propriétés les plus couramment mesurées :
- Limite d'élasticité - La contrainte à laquelle un matériau subit une déformation permanente.
- Allongement au point de limite d'élasticité - La phase transitoire où le matériau passe de la déformation élastique à la déformation plastique.
- Résistance à la traction - La force ou contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant la rupture.
- Réduction de section - Une mesure de la ductilité, calculée par la diminution de la section transversale après rupture.
Ces propriétés sont essentielles pour la sélection des matériaux, le contrôle qualité et la conception technique, faisant d'ASTM E8 / E8M une pierre angulaire dans les essais métallurgiques et l'analyse mécanique.
CHOISIR LE BON SYSTÈME D'ESSAI
Comme les essais de traction ASTM E8 / E8M sont effectués sur une large gamme de matériaux métalliques, des tôles minces aux plaques d'acier épaisses, la force d'essai requise peut varier considérablement. Pour répondre à cette diversité, les systèmes d'essais universels de la série 6800 d'Instron offrent une gamme polyvalente de machines d'essais universelles avec des capacités de charge allant de 10 kN pour les matériaux légers (comme la tôle) à 600 kN pour les applications lourdes comme les essais de plaques d'acier.
Les bâtis de charge de la série 6800 sont conçus pour la précision et la durabilité, et comportent :
- Roulements préchargés
- Vis à billes de précision
- Traverse et poutre de base robustes
- Courroies d'entraînement à faible étirement
Ces composants mécaniques avancés contribuent à des résultats de haute précision et à un stockage d'énergie minimal, ce qui est particulièrement crucial lors des essais de matériaux à haute résistance tels que les alliages des systèmes de propulsion aérospatiale, les aciers structurels pour les ponts suspendus et les métaux utilisés dans les châssis automobiles.
TYPES D'ÉPROUVETTES ET DIMENSIONS NORMALISÉES
ASTM E8 / E8M accepte une grande variété de types d'éprouvettes pour s'adapter aux différentes formes de matériaux métalliques. La norme définit des géométries et des dimensions précises pour chaque catégorie d'éprouvette, assurant des résultats d'essais de traction cohérents et fiables.
Les types d'éprouvettes courants comprennent :
- Barres plates et rondes
- Tubes et tôles
- Éprouvettes chargées par goupilles
- Produits de métallurgie des poudres
Parmi ceux-ci, les types d'éprouvettes les plus fréquemment utilisés sont :
- Éprouvettes plates en forme d'os de chien avec une largeur de 12,5 mm (0,5 po) et une longueur de référence de 50 mm (2 po)
- Éprouvettes rondes à tête boutonnée avec des diamètres courants de 6,35 -12,7 mm (0,25 - 0,50 po) et des longueurs de référence de 25,4 - 50,8 mm (1 - 2 po)
En définissant des géométries d'éprouvettes normalisées, ASTM E8 / E8M assure des procédures d'essai reproductibles entre les laboratoires et les industries, en faisant une pierre angulaire dans les essais mécaniques des métaux.
MÉTHODES DE CONTRÔLE DES ESSAIS
Comme de nombreuses normes d'essais des métaux largement utilisées, ASTM E8 / E8M définit trois types distincts de méthodes de contrôle d'essai pour réguler la vitesse d'essai :
- Méthode a - contrôle du taux de contrainte
- Méthode b - contrôle du taux de déformation
- Méthode c - contrôle de la vitesse de la traverse
Ces méthodes de contrôle sont essentielles pour assurer des résultats d'essais de traction cohérents et reproductibles, en particulier lors de la comparaison des matériaux ou de la validation des propriétés mécaniques. Cette vidéo explique : qu'est-ce que le contrôle du taux de déformation, pourquoi est-ce important, comment peut-on le mettre en œuvre, ainsi que certains défis qui peuvent survenir.
OPTIONS DE MORS DE TRACTION
Les essais de traction ASTM E8 / E8M prennent en charge diverses technologies de serrage, notamment les mors à coins, les mors à action latérale, les mors hydrauliques et les mors pneumatiques. Ces mors sont essentiels pour maintenir l'éprouvette pendant l'essai et peuvent être largement classés en deux catégories selon la manière dont ils appliquent la force de serrage :
Les mors proportionnels augmentent la force de serrage en relation directe avec la charge de traction appliquée pendant l'essai. Lorsque la charge augmente, la pression de serrage augmente également, assurant une rétention sûre de l'éprouvette tout au long du processus d'essai.
- Les mors à coins sont le type le plus courant de mors proportionnels. Disponibles en configurations manuelles, pneumatiques et hydrauliques, ils sont polyvalents et conviennent à une large gamme d'applications d'essai.
- La conception en coin améliore naturellement la force de serrage : lorsque l'éprouvette est tirée, elle glisse plus profondément dans le coin qui se rétrécit, augmentant la pression et empêchant le glissement.
Les mors non proportionnels maintiennent une force de serrage constante qui est indépendante de la charge de traction. Cette force est généralement générée par une source d'énergie externe, comme un système hydraulique haute pression (souvent évalué à 210 bar / 3000 psi ou plus).
- Les exemples courants incluent les mors à action latérale et les mors à coins hydrauliques résistants à la fatigue.
- Un avantage clé de nombreux mors non proportionnels est la force de serrage réglable, qui permet une plus grande flexibilité dans l'essai de différents matériaux et types d'éprouvettes.
Choisir le bon type de mors est crucial pour obtenir des résultats précis et reproductibles dans les essais de traction ASTM E8 / E8M. La décision dépend de facteurs tels que la géométrie de l'éprouvette, les propriétés du matériau et les exigences d'essai.
Capacité de charge statique de ±130 kN
N° de catalogue 2743-401
Capacité de charge statique de ±312 kN
N° de catalogue 2742-501
PROTECTION DES ÉPROUVETTES
Lors de la configuration de l'essai de traction, l'insertion d'une éprouvette dans les mors peut introduire involontairement des forces de compression. Ces forces se produisent lorsque la pression de serrage déplace légèrement le matériau, qui est ensuite repoussé dans le corps de l'éprouvette, créant une charge contre la cellule de charge. Cela peut conduire à une déformation prématurée et des résultats d'essai inexacts.
Pour atténuer ce problème, les mors proportionnels sont recommandés. Contrairement aux mors non proportionnels, les mors proportionnels appliquent une force moindre pendant la configuration, réduisant les charges de compression indésirables.
Pour une protection accrue, les systèmes d'essais universels de la série 6800 d'Instron intègrent la technologie de protection des éprouvettes. Ce système intelligent ajuste automatiquement la position de la traverse pendant la configuration pour éliminer les forces de compression, quel que soit le type de mors utilisé. Cela assure une collecte de données plus précise et aide à préserver l'intégrité de l'éprouvette avant le début de l'essai.
Extensomètres pour mesurer la résistance à la traction
Le type d'extensomètre nécessaire pour ASTM E8 / E8M varie en fonction de la valeur de déformation. La plupart des normes d'essais des métaux exigent un dispositif de haute précision pour déterminer les propriétés des matériaux à des valeurs de déformation plus faibles - y compris le module et la limite d'élasticité. Tandis qu'un dispositif de précision légèrement inférieure est acceptable pour les valeurs de déformation élevées - y compris l'allongement uniforme et l'allongement total.
Pour assurer la précision, ASTM E8 / E8M fait référence à ASTM E83 pour la classification des extensomètres :
- Pour les valeurs de déformation inférieures à 5 %, un extensomètre de classe B2 ou supérieure est requis.
- Pour les valeurs de déformation supérieures à 5 %, un extensomètre de classe C ou supérieure est requis.
Il existe trois types principaux d'extensomètres couramment utilisés dans les essais ASTM E8 / E8M :
- Extensomètres à clip - Les dispositifs à clip, tels que la série 2630 d'Instron, sont les plus largement utilisés en raison de leur haute précision et de leur rapport coût-efficacité. Il est crucial que la conception soit suffisamment robuste pour résister aux environnements d'essai à haut débit et pour pouvoir absorber le choc de la rupture des éprouvettes lors des essais à haute capacité.
- Extensomètres automatiques à contact - Les dispositifs comme l'AutoX750 d'Instron offrent une fixation automatisée des éprouvettes, un placement cohérent et une adaptabilité multi-longueur de référence - réduisant la variabilité de l'opérateur et améliorant la répétabilité. Lorsqu'il est associé au logiciel Bluehill® Universal, l'AutoX750 peut se détacher automatiquement avant la rupture de l'éprouvette, minimisant l'usure des arêtes de couteau.
- Extensomètres sans contact - L'extensomètre vidéo avancé AVE3 d'Instron fournit une mesure de déformation optique sans contact physique avec l'éprouvette. Ceci est particulièrement avantageux pour les matériaux fins ou fragiles, où les dispositifs à pince peuvent altérer les résultats ou provoquer une rupture prématurée. Les systèmes sans contact éliminent également le risque d'endommagement lors d'essais à haute capacité, garantissant l'intégrité opérationnelle à long terme et la précision de mesure.
Calculs et résultats
Le logiciel Bluehill Universal simplifie les essais de traction en offrant des calculs préconfigurés pour ASTM E8 / E8M, éliminant le besoin de configuration manuelle. Ceci permet aux utilisateurs de commencer rapidement les essais avec confiance dans la précision et la conformité de leurs résultats.
Pour ceux qui préfèrent une approche personnalisée, Bluehill Universal prend également en charge la configuration manuelle des calculs, permettant aux utilisateurs de créer des méthodes sur mesure qui répondent aux exigences spécifiques d'ASTM E8 / E8M et d'autres normes.
Le package Metals Methods améliore davantage la flexibilité en fournissant des méthodes d'essai préconstruites pour une large gamme de normes internationales et industrielles, notamment :
| Modèles de ressorts ASTM A370 ASTM A615 ASTM C39 ASTM C78 |
ASTM E8 / E8M ASTM E21 ASTM E345 ASTM E517 ASTM E646 |
ASTM F606 ISO 10113 ISO 10275 ISO 898 ISO 6892-1 |
Amélioration du débit
De nombreux laboratoires effectuant des essais de traction ASTM E8 / E8M traitent régulièrement un grand volume d'éprouvettes. Par conséquent, l'amélioration du débit d'essai est essentielle pour maximiser l'efficacité et réduire les coûts opérationnels.
Heureusement, il existe plusieurs stratégies pour rationaliser le processus d'essai :
- Améliorations logicielles : Des ajustements mineurs dans le logiciel d'essai, comme l'automatisation des tâches répétitives et la rationalisation des entrées, peuvent réduire significativement le temps de configuration et la charge de travail de l'opérateur. Consultez notre chaîne YouTube pour des conseils et des meilleures pratiques sur les logiciels.
- Mors et extensomètres avancés : L'utilisation d'équipements conçus pour une configuration rapide et une haute répétabilité minimise les erreurs et réduit le besoin de nouveaux essais.
- Automatisation complète : Pour les laboratoires recherchant une efficacité maximale, les systèmes d'essai entièrement automatisés peuvent fonctionner pendant des heures sans intervention de l'opérateur, les rendant idéaux pour les environnements à haut débit.
En mettant en œuvre ces solutions, les laboratoires peuvent obtenir des délais d'exécution plus rapides, des résultats plus cohérents et une productivité améliorée dans les essais conformes à ASTM E8 / E8M.
Série 6800 Systèmes d’essai universels
Les systèmes d’essais universels Instron série 6800 offrent une précision et une fiabilité inégalées. Construit sur une architecture système Operator Protect en instance de brevet avec un tout nouveau kit de régulation 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.
Brochure Bluehill Universal
Bluehill Universal est le logiciel avancé d’essais de matériaux d’Instron, conçu pour une interaction tactile intuitive et des flux de travail rationalisés. Il offre des méthodes d’essai pré-chargées, QuickTest pour une configuration rapide, une exportation de données améliorée et Instron Connect pour une communication directe avec le service. Les utilisateurs de Bluehill 2 et Bluehill 3 peuvent facilement effectuer la mise à niveau vers la dernière version pour améliorer les performances et la facilité d’utilisation
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.
Hydraulic Side-Action 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.
AVE3 Advanced Video Extensometer
The AVE3 Advanced Video Extensometer offers precision strain measurement for tensile, compression, and bend tests without the need for multiple clip-on devices.
Automatic Contacting Extensometer – Model AutoX 750
The AutoX 750 is a high-resolution, long-travel automatic contacting extensometer. It can be mounted onto any electromechanical 3300, 3400, 5500, 5900, or 6800 Series tabletop or floor model system as well as LX, DX, HDX, and KPX static hydraulic testing systems. It is well suited for applications involving plastics, metals, biomedical, composites, elastomers, and more. The AutoX has a maximum travel of 750 mm and accuracy of ± 1 µm.
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.
