Essai de traction : un guide scientifique complet – TESTEX

Le test pour déterminer le matériau sous tension est appelé test de traction, également appelé test de tension. C'est l'une des méthodes de base pour tester les propriétés mécaniques des matériaux et est utilisée pour vérifier les performances du matériau et s'il répond aux normes applicables. Ce post concerne ce qui suit.

• Qu'est-ce que l'essai de traction ? Que peut-on tester ?
• Concepts et termes liés aux essais de traction
• Qu'est-ce qu'un testeur de traction ? Quels matériaux peuvent être testés ?
• Préparation aux essais de traction
• Procédures d'essai de traction
• Essai de traction : les quatre étapes de la contrainte-déformation
• Normes d'essai communes pour les essais de traction
• Quels sont les facteurs affectant la résistance à la traction dans les essais de traction ?

Qu'est-ce que l'essai de traction ? Que peut-on tester ?

L'essai de traction est l'application d'une force de traction à un spécimen dans certaines conditions pour déterminer la résistance du spécimen à une charge appliquée. Par exemple, l'indice de résistance et l'indice de plasticité du matériau, en plus, la déformation plastique du matériau peut également être dérivée.

Les données obtenues à partir de l'essai de traction peuvent être utilisées pour déterminer la limite d'élasticité, l'allongement, le module d'élasticité, la limite proportionnelle, la réduction de surface, la résistance à la traction, la limite d'élasticité, la limite d'élasticité et d'autres propriétés de traction du matériau.

Indicateurs de force

• La résistance d'un matériau est la force par unité de surface du matériau en Pa.
• 1 Pa = 1 N/m²
• Cependant, l'unité Pa est si petite, de sorte qu'en ingénierie pratique, MPa est souvent utilisé comme unité de résistance, par exemple la limite d'élasticité de l'acier varie généralement de 100 à 2000 MPa.
• 1 MPa = 10⁶ Pa

• Limite d'élasticité supérieure : ReH = FeH / Alors (So indique l'aire de la section d'origine, FeH indique l'effort normal correspondant à la limite d'élasticité supérieure)
• Limite d'élasticité inférieure : ReL = FeL / Donc (So indique l'aire de la section d'origine, FeL indique la force axiale correspondant à la limite d'élasticité inférieure)
• Résistance à la traction: Rm = Fmax / Donc (Fmax est la force axiale maximale)

Le phénomène d'élasticité n'est pas un matériau évident, pour produire une déformation résiduelle de 0.2% de la valeur de contrainte pour la limite d'élasticité, connue sous le nom de limite d'élasticité conditionnelle ou limite d'élasticité conditionnelle. Les forces externes supérieures à cette limite entraîneront une défaillance permanente de la pièce et ne pourront pas être récupérées.

• L'acier dur (acier à haute teneur en carbone) a une résistance élevée, une faible plasticité et aucune phase d'élasticité évidente dans le processus de traction, de sorte que la limite d'élasticité ne peut pas être déterminée directement et la limite d'élasticité conditionnelle est utilisée à la place de la limite d'élasticité.
• Limite d'élasticité conditionnelle : Rp0.2, indiquant la contrainte correspondant à un allongement plastique spécifié de 0.2 %.

Indicateur de plasticité

Lorsqu'une éprouvette est arrachée, la déformation élastique disparaît, mais la déformation plastique demeure. En ingénierie, la déformation laissée après le retrait de l'éprouvette est utilisée pour indiquer l'indice de plasticité du matériau. Il existe deux indicateurs de plasticité couramment utilisés.

• Allongement : A = (Lu – Lo) / Lo * 100 %
• Retrait de section : Z = (So – Su) / So * 100%

Concepts et terminologie liés aux essais de traction

Stress et la fatigue

Contrainte : La contrainte est la force dans la zone sur laquelle elle agit, exprimée en N/mm² et en unités métriques en kPa ou MPa.

Déformation : La déformation est le taux de variation des dimensions d'un matériau d'essai, c'est la variation des dimensions provoquée par le chargement d'une contrainte. Comme la déformation est un taux de variation, elle n'a pas d'unités.

Termes liés aux spécimens

• Zone transversale So: L'aire de la section transversale d'origine de l'éprouvette avant l'essai.
• Échelle d'origine Lo: l'échelle de l'éprouvette avant l'application de la force.
• Distance après la pause Lu: la distance de l'éprouvette après rupture.
• Longueur parallèle Lc: la longueur de la partie parallèle de l'éprouvette entre les deux têtes ou les deux pièces enserrées.
• Allongement après rupture A: le rapport de l'allongement résiduel de l'éprouvette après la marque de rupture (Lu-Lo) à la note initiale Lo, exprimée en pourcentage.
• Retrait de section Z: le rapport de la réduction maximale de la section transversale (Alors - Su) à l'aire de la section d'origine So après fracturation de l'éprouvette, exprimée en pourcentage.

Qu'est-ce qu'un testeur de traction ? Quels matériaux peuvent être testés ?

La Le testeur de traction est également connu sous le nom de machine d'essai de traction universelle. Un testeur de traction est une machine d'essai de force mécanique utilisée pour le chargement statique, l'étirement, la compression, la flexion, le cisaillement, le déchirement, le pelage et d'autres tests de propriétés mécaniques de divers matériaux. La machine de résistance à la traction est un équipement d'essai indispensable pour le développement de matériaux, les tests de propriétés physiques, l'enseignement et la recherche, le contrôle qualité, etc. La machine d'essai de traction universelle est très largement utilisée et peut être utilisée pour tester les types de matériaux suivants.

• Matériaux en caoutchouc : produits en caoutchouc, tuyaux, rubans, joints toriques, pneus et autres matériaux et produits en caoutchouc.
• Matières plastiques : produits en plastique, films, tubes, plaques, matériaux d'emballage, produits en nylon, rouleaux étanches et autres matériaux et produits en plastique.
• Matériaux métalliques : produits métalliques, produits en acier inoxydable, boulons, fils d'acier, produits en alliage et autres matériaux et produits métalliques.
• Matériaux de construction : bois, tôle, verre, béton, produits en graphite, etc.

Préparation aux essais de traction

L'emplacement, la direction et le nombre d'échantillonnages sont trois facteurs qui ont une influence significative sur les résultats des tests de propriétés des matériaux. L'emplacement, la direction et le nombre d'échantillons à prélever doivent être conformes à la norme de produit ISO 377 ou à l'accord pertinent.

Méthode d'échantillonnage

• Échantillonnage directement à partir de la matière première.
• Des échantillons sont prélevés dans des zones importantes du produit (les parties les plus fragiles et les plus dangereuses).
• Essais directs avec des pièces physiques, par exemple des barres de renfort, des boulons, des vis ou des chaînes.
• Essais directement sur des éprouvettes coulées ou par usinage dans des éprouvettes.

Traitement des spécimens

• Pour éviter que les propriétés mécaniques ne soient affectées par la déformation à froid ou à la chaleur. Habituellement usiné principalement par découpage.
• Les sections parallèles doivent être lisses, exemptes d'écrouissage et exemptes de défauts tels que copeaux, marques d'outils et bavures.
• La partie de serrage de matériau cassant et la partie de section parallèle doivent avoir un grand rayon de transition ronde.
• Pour les éprouvettes coulées non usinées, la surface du sable, des scories, des bavures, des bords volants, etc. doit être dégagée.

Inspection et marquage des spécimens

• Le spécimen doit être vérifié avant l'essai pour s'assurer que son aspect est conforme aux exigences.
• Les marquages ​​originaux des éprouvettes sont généralement marqués de lignes fines et la méthode utilisée ne doit pas affecter la rupture prématurée de l'éprouvette.
• Pour les matériaux extra fins ou cassants, l'échantillon peut être enduit d'une peinture colorante à séchage rapide en sections parallèles, puis légèrement tracé avec une ligne de marquage.

De plus : la section transversale d'origine So de l'échantillon doit être mesuré et calculé avant l'essai.

Procédure d'essai de traction

1 Préparez l'échantillon : préparez l'échantillon conformément aux exigences de la norme et conservez des enregistrements.

2 Ajustez la machine d'essai de traction : changez le dispositif selon la norme d'essai et ajustez les conditions d'essai de la machine de traction.

3 Serrer l'échantillon : serrer d'abord l'échantillon dans le mandrin supérieur, puis déplacer le mandrin inférieur dans une position de serrage appropriée, et enfin serrer l'extrémité inférieure de l'échantillon.

4 Vérification et test de fonctionnement : Vérifiez que les étapes ci-dessus sont terminées. Démarrez la machine de tirage et préchargez une petite quantité (la charge correspondant à la contrainte ne doit pas dépasser la limite proportionnelle du matériau) puis déchargez à zéro afin de vérifier que la machine de tirage fonctionne correctement.

5 Démarrez la machine de tension et effectuez le test de tension.

6 Retirez l'éprouvette et le papier d'enregistrement.

7 Mesurer la distance post-rupture avec des pieds à coulisse.

8 Mesurer le diamètre minimum au rétrécissement du col avec un pied à coulisse.

Essai de traction : les quatre étapes de la contrainte-déformation

• OB : étape élastique
• BC : stade de rendement
• CD : Étape de renforcement
• DE : étape de striction

Dans l'étape de déformation élastique d'un matériau métallique, la contrainte et la déformation sont proportionnelles l'une à l'autre, conformément à la loi de Hooke, c'est-à-dire σ = Eε, avec un facteur d'échelle E appelé module d'élasticité.

E = σ/ε

La limite élastique est si proche de la limite proportionnelle qu'en ingénierie pratique, la limite proportionnelle est approchée au lieu de la limite élastique.

Limite d'élasticité : lorsqu'un matériau métallique présente le phénomène d'élasticité, le point de contrainte auquel se produit la déformation plastique sans augmentation de force est atteint lors de l'essai ; une distinction doit être faite entre les limites d'élasticité supérieures et inférieures.

• Limite d'élasticité supérieure : la contrainte la plus élevée avant que l'éprouvette ne cède et que la force ne diminue d'abord.
• Limite d'élasticité inférieure : la contrainte la plus faible lors de la plastification, sans compter l'effet transitoire initial.
• La valeur de contrainte correspondant à la limite d'élasticité inférieure est généralement appelée limite d'élasticité.

Après la phase de plastification, le point C de la courbe recommence à remonter progressivement, indiquant que pour faire augmenter la déformation, il faut augmenter la contrainte et le matériau retrouve sa capacité à résister à la déformation, phénomène appelé renforcement, et la section CD est appelée étape de renforcement (durcissement du processus).

La valeur de contrainte correspondant au point le plus élevé de la courbe est appelée résistance à la traction (ou limite de résistance) du matériau, et c'est un autre indicateur important de la résistance du matériau.

Lorsque la courbe atteint le point D, la déformation augmente significativement dans l'une des parties les plus faibles de l'éprouvette (là où le matériau est irrégulier ou défectueux), la section efficace diminue fortement, le phénomène de striction se produit et l'éprouvette est rapidement arrachée.

Quelques courbes contrainte-déformation courantes

Le (a) La courbe est la courbe contrainte-déformation pour l'acier doux, qui a une phase d'élasticité irrégulière, avec une élasticité supérieure et inférieure, une déformation plastique uniforme suivie d'une striction puis d'une rupture de l'éprouvette.

Le (b) La courbe est la courbe contrainte-déformation pour l'acier au carbone moyen, qui a une phase élastique, mais avec de petites fluctuations et presque une ligne droite, avec une déformation plastique uniforme suivie d'une striction puis d'une rupture de l'éprouvette.

Le (c) La courbe est la courbe contrainte-déformation de l'acier trempé, revenu à température moyenne à basse, qui n'a pas de phase d'élasticité visible et produit une rétreinte après une déformation plastique uniforme, puis l'éprouvette se fracture.

Le (d) La courbe est la courbe contrainte-déformation de la fonte, un matériau trempé, qui non seulement n'a pas de phase élastique, mais qui se fracture également soudainement après avoir produit une petite quantité de déformation plastique uniforme.

Normes d'essai communes pour les essais de traction

• ISO-6892 1
• Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1 : Méthode d'essai à température ambiante
• ISO-6892 2
• Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 2 : Méthode d'essai à température élevée
• ISO 204
• Matériaux métalliques - Méthode d'essai de fluage uniaxial en traction
• ISO 377
• Acier et produits sidérurgiques - Emplacement et préparation des échantillons et des éprouvettes pour les essais mécaniques
• ISO 783
• Matériaux métalliques – Essai de traction à température élevée
• JIS G0601
• Tôles d'acier plaquées – Essai mécanique et technologique
• ISO 3108
• Câbles en acier à usage général – Détermination de la charge de rupture réelle
• EN 10319
• Matériaux métalliques - Essai de relaxation des contraintes de traction - Partie 1 : Mode opératoire pour les machines d'essai
• ISO 15579
• Matériaux métalliques – Essai de traction à basse température
• ASTMB557M
• Eprouvettes et méthode d'essai de traction pour produits corroyés en alliages d'aluminium et de magnésium
• DIN EN ISO 2566-1
• Acier – Conversion des valeurs d'allongement – ​​Partie 1 : Aciers au carbone et faiblement alliés
• DIN EN ISO 2566-2
• Acier – Conversion des valeurs d'allongement – ​​Partie 2 : Aciers austénitiques
• ASTM E111-04 et ASTM E1875-00
• Méthode de test standard pour le module de Young, le module tangent et le module de corde
• Méthode de test standard pour le module de Young dynamique, le module de cisaillement et le rapport de Poisson par résonance sonique

Quels sont les facteurs affectant la résistance à la traction dans les essais de traction ?

Les principaux facteurs affectant l'essai de traction de la machine d'essai de traction comprennent : la zone d'échantillonnage et la méthode d'échantillonnage, la forme, la taille et la précision de l'éprouvette, les instruments de mesure, l'équipement d'essai, la température de l'environnement d'essai, la sélection de l'appareil, la méthode de serrage de l'éprouvette, le taux d'étirement, section transversale de l'éprouvette de traction, erreur de mesure, etc.

1 Sites et méthodes d'échantillonnage

Les différences dans le site d'échantillonnage peuvent affecter directement l'essai de traction des matériaux métalliques après l'allongement, la limite d'élasticité et la résistance à la traction et d'autres indicateurs de performance. La répartition inégale des matériaux métalliques en raison de la composition, de l'organisation, de la structure, des défauts, de la déformation de traitement, etc., fait apparaître différentes les propriétés mécaniques d'un même lot ou même de différentes parties d'un même produit. De plus, lors de la découpe de la billette échantillon, il est nécessaire d'éviter que les propriétés mécaniques ne soient affectées par la chaleur, l'écrouissage et la déformation.

2 Forme, taille et précision de l'échantillon

Pour le même matériau dans le même état, si la forme de la section est différente, les résultats mesurés auront un effet plus important sur la limite d'élasticité supérieure et moins sur la limite d'élasticité inférieure ; la résistance à la traction d'une éprouvette de grande surface de section (grande taille) est inférieure à celle d'une plus petite taille et l'indice de plasticité est également réduit ; le parallélisme et la précision dimensionnelle dans la longueur parallèle de l'échantillon peuvent également facilement affecter les résultats du test. Le parallélisme et la précision dimensionnelle dans la longueur parallèle de l'échantillon peuvent également facilement affecter les résultats du test. En effet, la valeur dimensionnelle mesurée de l'échantillon peut ne pas être la position minimale de l'échantillon réel, ce qui entraînera un résultat de test faible. Par conséquent, la forme et les dimensions de l'éprouvette doivent être conformes à la norme.

3 Pour les instruments de mesure

La précision des instruments de mesure dimensionnelle et des jauges doit répondre aux exigences d'essai. Par conséquent, avant d'effectuer le test, tous les types d'instruments de mesure doivent être étalonnés et les jauges doivent être maintenues propres et claires en même temps.

4 Équipement d'essai

La machine d'essai et l'extensomètre sont deux types d'équipements d'essai couramment utilisés dans les essais de traction de matériaux métalliques, qui affectent directement la précision et l'authenticité des résultats d'essai. Le premier est utilisé pour mesurer la valeur de la force; ce dernier est principalement utilisé pour la détermination du déplacement ou de l'extension. Par conséquent, il est important de s'assurer que la machine d'essai et l'extensomètre sont dans la période de validité de l'essai et sont régulièrement calibrés.

5 Tester la température de l'environnement

Certains matériaux métalliques sont très sensibles à la température et même les matériaux métalliques courants peuvent conduire à des mesures de test incohérentes si la température de test varie trop. En général, la limite d'élasticité des métaux cubiques à corps centré augmente fortement lorsque la température baisse, tandis que le changement est moins prononcé pour les métaux cubiques à faces centrées. Lorsque la température augmente, la limite d'élasticité du métal diminue généralement.

6 Sélection du dispositif de serrage, impact du serrage de l'éprouvette

Une sélection incorrecte des fixations, le serrage de l'éprouvette et le chargement et le déchargement de l'extensomètre peuvent affecter les résultats du test. L'inadéquation entre le dispositif de serrage et la forme de l'éprouvette et la forme du motif de surface du dispositif de serrage ne conviennent pas, ce qui empêchera le dispositif de serrage et l'éprouvette de former une zone de serrage suffisante, le frottement statique ne suffit pas, entraînant le glissement relatif du dispositif de serrage et de l'éprouvette pendant le processus de traction, affectant ainsi les résultats de traction.

7 Méthode de serrage

Des méthodes de serrage déraisonnables peuvent facilement faire glisser ou casser l'échantillon dans les mâchoires, entraînant des données de test inexactes ou des données de test faibles.

8 Taux d'étirement

Le taux d'étirement affecte directement la relation contrainte-déformation du matériau métallique. Différents matériaux sont sensibles à différents degrés de vitesse, au taux d'étirement sur différents matériaux, à l'impact de la taille de différents matériaux, à une faible résistance, à une bonne plasticité de l'impact du matériau pour être important.

9 Détermination de l'aire de la section transversale d'une éprouvette de traction

Il existe deux méthodes pour déterminer l'aire de la section transversale d'une éprouvette de traction : l'une est la méthode d'essai de traction ISO 6892 pour les métaux et l'autre est la norme de produit correspondante pour le matériau. Certaines normes de produits spécifient que l'aire de la section transversale d'une éprouvette d'essai de traction doit être déterminée par l'aire de la section transversale de la taille nominale.

10 Méthodes de mesure des dimensions de l'éprouvette et erreur humaine de mesure

Les éprouvettes de traction doivent être mesurées avec un micromètre de diamètre extérieur ou un pied à coulisse, selon le diamètre. Si la méthode de mesure n'est pas précise, conduisant ainsi à une mesure de taille artificiellement grande. En raison de facteurs subjectifs et de différentes techniques d'exploitation, cela peut également entraîner des erreurs dans les résultats de mesure.