Essai de traction

Les essais de traction permettent de vérifier la résistance à la traction de matériaux tels que l'acier. Les éprouvettes d'essai de traction normalisées permettent de tirer des conclusions sur les propriétés et le comportement à la traction des matériaux respectifs.

Les essais de traction sont des méthodes d'essai normalisées et quasi-statiques qui permettent de mesurer certains paramètres du matériau. Il s'agit de méthodes destructives, les éprouvettes à tester étant souvent chargées au-delà de la limite d'élasticité. Les caractérisations des matériaux sont réalisées à l'aide de machines d'essai de traction et de machines d'essai universelles. Les appareils affichent des mouvements unidimensionnels dans une courbe contrainte-déformation et une courbe force-déplacement. Les paramètres déterminés fournissent des informations sur les propriétés et le comportement à la traction des matériaux testés. Le choix de la machine d'essai dépend des exigences respectives. Les machines vont des systèmes de table (3 kN) aux systèmes de 50 kN équipés d'une double broche, en passant par les machines d'essai de traction ayant une capacité de charge élevée comprise entre 300 kN et 2000 kN.

Les normes applicables aux machines d'essai de traction sont la norme générale DIN 51222, DIN EN ISO 6892-1 et DIN EN ISO 7500-1 pour les matériaux métalliques et ISO 5893 pour les plastiques et le caoutchouc. La norme DIN 50125 précise les exigences applicables aux matériaux de l'éprouvette d'essai de traction. Pour la contrainte de rupture, certains matériaux utilisent la longueur de mesure et d'autres, le facteur de proportionnalité. L'objectif de la procédure d'essai est de déterminer, par exemple, la charge que le matériau peut supporter sans se déformer plastiquement et la force à laquelle le matériau est détruit. En outre, les propriétés et le comportement à la déformation de la mousse dure, de la mousse élastique souple, du caoutchouc et des composites renforcés par des fibres sont déterminés.

La section transversale de l'éprouvette utilisée dépend du matériau d'origine sélectionné. Si l'acier a un volume élevé, une éprouvette de section ronde est produite à partir du matériau solide. Pour les caractérisations des matériaux de tôlerie, une éprouvette de traction plate est nécessaire (section rectangulaire ou carrée). Cette procédure d'essai est utilisée de préférence en génie mécanique car elle permet également de tirer des conclusions sur d'autres types de charge.

Les essais de traction peuvent être réalisés avec des systèmes de mesure avec contact (extensomètres à pince) et sans contact. Avec les extensomètres à pince, au moins deux lames sont appliquées sur l'éprouvette et mesurent l'allongement de l'artefact serré entre elles. De nos jours, les mesures sans contact sont effectuées à l'aide d'extensomètres sans contact numériques. Le capteur placé dans l'appareil de mesure capte l'allongement. Ces appareils de mesure ont l'avantage de pouvoir mesurer avec précision des déformations très rapides. Certains modèles sont également adaptés à la mesure de matériaux très chauds. Suffisamment éloignés de l'artefact, ces extensomètres peuvent également être utilisés pour des essais de traction destructifs.

L'essai de traction traditionnel est l'essai de rupture : L'éprouvette normalisée est serrée dans la machine d'essai et, à mesure que la charge de traction augmente, elle est étirée jusqu'à ce qu'elle se brise ou se déchire. Seuls les artefacts ayant une petite section transversale sont utilisés. La déformation de l'éprouvette est effectuée sans choc et à faible vitesse. Pendant le test, la force affectant l'artefact et l'allongement dans la plage de mesure est mesurée. La machine d'essai statique génère une courbe force-déplacement et l'affiche sur l'écran du PC.

Les machines d'essai de traction comprennent une traverse fixe et une traverse mobile, entraînées par une ou deux broches. L'entraînement fonctionne de manière hydraulique ou électrique. Avant l'essai de traction, la vitesse de la traverse est définie et l'éprouvette est serrée entre les traverses à l'aide de supports. La traverse est ensuite déplacée à vitesse constante dans une direction jusqu'à ce que le matériau se déchire. L'appareil d'essai enregistre la déformation de l'éprouvette ainsi que la force requise à l'aide de la traverse ou d'un extensomètre. Ensuite, la contrainte et la déformation de traction sont calculées en reliant les valeurs lues aux dimensions de l'éprouvette d'essai de traction. La contrainte de traction est déterminée à partir de la section transversale avant l'essai. La déformation de rupture est calculée par le déplacement de la traverse.

Dans d'autres essais de traction, les pièces ou les éprouvettes sont soumises à une force de traction jusqu'à ce que la charge d'essai requise soit atteinte. Il s'agit d'un essai de traction non destructif. Ces caractérisation matériaux sont réalisées pour s'assurer que la pièce chargée répond aux exigences techniques. Comme la transformation ultérieure modifie les propriétés du matériau, celui-ci doit être testé à nouveau ultérieurement.

Sur la base de la courbe contrainte-déformation générée après l'essai de traction, les paramètres suivants sont déterminés :

• Résistance ultime à la traction
• Module de Young
• Limite d'élasticité (inférieure, supérieure)
• Point d'élasticité
• Contrainte de rupture
• Déformation uniforme
• Rétrécissement
  

On distingue la limite d'élasticité supérieure et la limite d'élasticité inférieure. La limite d'élasticité supérieure décrit le point où l'éprouvette est déformée plastiquement pour la première fois. Les fibres du matériau se déchirent. Il en résulte une diminution de la contrainte et un allongement permanent de l'éprouvette. La limite d'élasticité inférieure décrit le point après la première déformation où la diminution de la contrainte de traction est la plus forte. Ensuite, la contrainte de traction augmente à nouveau de manière continue. Pour les éprouvettes ayant une limite d'élasticité distincte, la contrainte est réduite avant la rupture : la déformation continue d'augmenter lorsque le matériau commence à céder. Pour les matériaux sans limite d'élasticité distincte, tels que les aciers formés et laminés à froid, la rupture se produit dans la plage de la résistance ultime à la traction. Les matériaux tels que l'acier de construction non allié (St 37) ont une limite d'élasticité distincte.

Les essais de traction sont utilisés dans de nombreuses industries et sont aujourd'hui souvent réalisés à l'aide d'appareils de mesure sans contact dotés d'une caméra. Ces appareils de mesure fournissent des résultats de mesure plus précis et conviennent également pour les essais au cours desquels l'éprouvette est détruite.