Quelle est la procédure d’essai de traction, les types d’équipement et le rapport de laboratoire ?​

Qu’est-ce que l’essai de traction ?​

L’essai de traction, également connu sous le nom d’essai de tension, est une méthode d’essai destructif et le type d’essai mécanique le plus courant. Cet essai fournit des informations sur la résistance à la traction, la limite d’élasticité et la ductilité du matériau métallique. Il mesure la force requise pour casser une éprouvette métallique, composite ou plastique et la mesure dans laquelle l’éprouvette s’étire ou s’allonge jusqu’à ce point de rupture.

Les essais de traction sont effectués sur une variété de matériaux, notamment les métaux, les plastiques, les élastomères, le papier, les composites, les caoutchoucs, les tissus, les adhésifs, les films, etc.

configuration d'essai de traction
Figure 1. Machine d’essai de traction

Procédure d’essai de traction

Les essais de traction sont utilisés pour déterminer comment les matériaux se comporteront sous une charge de traction. Dans un simple essai de traction, un échantillon est généralement tiré jusqu’à son point de rupture pour déterminer la résistance à la traction ultime du matériau. La quantité de force (F) appliquée à l’échantillon et l’allongement (∆L) de l’échantillon sont mesurés tout au long du test. Les propriétés des matériaux sont souvent exprimés en termes de  contrainte  (force par unité de surface,  σ ) et  déformation  ( pour cent variation de longueur,  ε ). Pour obtenir la contrainte, les mesures de force sont divisées par la section transversale de l’échantillon (  F/A). Les mesures de déformation sont obtenues en divisant le changement de longueur par la longueur initiale de l’échantillon ( ε = L/L). Ces valeurs sont ensuite présentées sur un tracé XY appelé courbe contrainte-déformation. Les procédures de test et de mesure varient en fonction du matériau testé et de son application prévue.

Normes et spécifications d’essai de traction

ASTM E8/E8M  – Essais de traction des matériaux métalliques

ISO 6892  – Essais de traction des matériaux métalliques

ASTM D412  – Essais de traction des élastomères

ISO 37  – Essais de traction des élastomères

ASTM D638  – Essais de traction des plastiques

ISO 527-2  – Essais de traction des plastiques

ASTM A370 – Méthodes d’essai standard et définitions pour les essais mécaniques des produits en acier

Importance de l’essai de traction

Les essais de traction sont essentiels pour sélectionner les matériaux appropriés pendant la recherche et le développement. Les essais de traction peuvent également être utilisés pour vérifier que les matériaux respectent les exigences minimales de résistance et d’allongement.

Des câbles de pont suspendu aux harnais de sécurité, des vies peuvent dépendre de la qualité de vos matériaux et produits, il est donc absolument nécessaire d’effectuer des tests de traction précis et fiables.

Les conséquences du non-respect de normes élevées peuvent être graves en termes de coûts monétaires et humains. L’utilisation de matériaux inappropriés peut entraîner la destruction de biens et des pertes de vie importantes. Les coûts des catastrophes provoquées par l’utilisation de matériaux de qualité inférieure dépassent généralement de loin les coûts de réalisation d’essais de traction réguliers.

Quels sont les types d’essais de traction ?

L’essai de traction peut être classé dans les types suivants en fonction des objectifs énumérés ci-dessous :

  • Sous une charge en constante augmentation (douce) – essai de traction quasi-statique classique
  • Sous charge de repos constante (statique) – essai de traction statique
  • Sous charge alternée pour la détermination de la courbe de contrainte cyclique – LCF (fatigue à faible cycle)
  • A température ambiante (10 à 35 °C) : Essai de traction standard
  • À des températures élevées (trop supérieures à 1000 °C) : essai de traction à température élevée ou essai de traction à chaud
  • A basse température ou température cryogénique Test de traction (jusqu’à -269 °C) 
  • À des vitesses de test très faibles— Tests C reep
  • À des vitesses d’essai élevées— Essai de traction à grande vitesse.

Quelles propriétés obtenons-nous d’un essai de traction ?

Les essais de traction donnent des informations sur diverses propriétés mécaniques pour un matériau donné. Un test de traction de base est effectué pour connaître la limite d’élasticité, la résistance à la traction et l’allongement. Les plus importants d’entre eux sont répertoriés ici :

  • Charge maximale
  • Déflexion de la charge maximale
  • Travail à charge maximale
  • Raideur
  • Charge à la rupture
  • Flèche à la rupture
  • Travail à la pause
  • Pente d’accord
  • Contrainte (résistance à la traction, limite d’élasticité)
  • Déformation (% allongement/réduction)
  • Module de Young : Cette méthode de test est utilisée pour déterminer le comportement d’un échantillon sous une charge d’étirement axial. Les résultats des tests de traction courants incluent la limite élastique, la résistance à la traction, la limite d’élasticité, la limite d’élasticité, l’allongement et le module de Young. Le module de Young est couramment rapporté en N/mm2 (lbs/in2), MPA (psi).

Courbe contrainte-déformation

Les courbes de contrainte et de déformation mettent en évidence la déformation du matériau en réponse à des applications de charge de traction, de compression ou de torsion. Selon le matériau testé (soit fragile, soit ductile par exemple), une courbe de contrainte-déformation peut indiquer les propriétés clés du matériau, notamment sa région élastique, sa région plastique, sa limite d’élasticité et sa résistance ultime à la traction.

La courbe contrainte-déformation fournit aux ingénieurs de conception et aux ingénieurs en structure une longue liste de paramètres importants nécessaires à la conception d’applications. Un graphique contrainte-déformation nous indique de nombreuses propriétés mécaniques telles que la résistance, la ténacité, l’élasticité, la limite d’élasticité, l’énergie de déformation, la résilience et l’allongement pendant le chargement de l’échantillon de traction. Ces propriétés sont extrêmement précieuses pour de nombreuses applications d’ingénierie ayant une conception réussie et fiable.

Une courbe de coloration de contrainte typique avec divers points attachés est illustrée dans la figure ci-dessous.

Rupture fragile et ductile dans l’essai de traction

Deux types de fracture peuvent être observés dans les métaux. Une rupture fragile, ou rupture de cohésion, se produit sans écoulement plastique substantiel et se produit lorsque la composante de contrainte normale dépasse la contrainte normale critique. La rupture par cisaillement se produira lorsque les composants de contrainte de cisaillement agissant dépassent la valeur de contrainte de cisaillement critique. Une grande déformation plastique se produit avant la rupture dans la rupture par cisaillement en raison du glissement des plans atomiques dans la structure en réseau. La rupture d’un matériau se produit rarement sans déformation par cisaillement. La fracture fragile présente peu de déformation et a donc une surface de fracture plate ; tandis que la fracture de cisaillement présente une déformation grossière et la surface de fracture a la forme pyramidale dentelée familière avec des lèvres de cisaillement.

La relation de la résistance à ces deux types de rupture ne reste pas constante pour un matériau donné mais dépend de la température et de la vitesse à laquelle la charge est appliquée. La résistance au glissement augmente avec une diminution de la température et une augmentation de la vitesse de déformation ; par conséquent, une conception soumise à de basses températures et à des charges d’impact est particulièrement préoccupante.