Essai de traction sur matériaux métalliques selon les normes ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M : comprendre les différences et en tirer profit
Fabricants d’acier, fabricants d’aluminium, équipementiers et laboratoires d’essai réalisent généralement des essais de traction sur matériaux métalliques à des fins d’assurance qualité. Des essais sont réalisés sur les propriétés des matériaux, déterminantes pour la résistance, la sécurité et la fiabilité des composants. Il convient de veiller en parallèle à ce que chaque essai soit réalisé conformément à la norme ISO 6892-1, à la norme ASTM E8/E8M ou les deux, selon les besoins spécifiques du client ou l’accès au marché. En effet, les deux normes sont toutes deux reconnues à l’international et sont ainsi également appliquées dans de nombreux laboratoires.
L’objectif est toujours le même : l’essai de traction doit fournir des résultats à la fois cohérents et fiables, mais aussi traçables et comparables. C’est là que réside le défi, notamment dans les laboratoires amenés à réaliser régulièrement des essais selon les deux normes. Se pose alors la question suivante : les résultats selon ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M sont-ils comparables entre eux et si oui, dans quelles conditions ?
Deux normes, un seul objectif d’essai, mais des résultats parfois différents
La plupart des laboratoires réalisant des essais selon les deux normes exploitent délibérément leurs similitudes : ils définissent des paramètres identiques lorsque les deux normes le permettent afin de mettre en place une base plus solide pour obtenir des résultats comparables et des processus plus efficaces.
En effet, plus les différences principales sont maîtrisées, plus il est possible de tirer de véritables avantages pour le fonctionnement quotidien du laboratoire. On obtient une classification des résultats plus claire, de potentiels écarts plus compréhensibles et une conception consciente des déroulements d’essai. Cela permet notamment d’identifier les cas où les paramètres peuvent être définis de manière similaire afin d’améliorer la comparabilité et ceux où la prudence s’impose, car les normes utilisent des méthodes ou des définitions différentes.
Deux systèmes de normes Différences Solutions d’essai
Comment distinguer les deux normes
Cet article décrit l’essai de traction sur matériaux métalliques à température ambiante selon deux normes centrales :
- ISO 6892-1 : Matériaux métalliques – Essai de traction – Partie 1 : Méthode d’essai à température ambiante
- ASTM E8/E8M : Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
Les parties des normes concernant les températures basses ou hautes ne sont pas prises en compte ici.
Nos experts siègent au sein des comités de normalisation compétents de l’ISO et de l’ASTM.
Pourquoi ISO et ASTM ?
Les différences entre l’ISO 6892-1 et l’ASTM E8/E8M proviennent également des organisations à l’origine de ces normes. L’ISO est une organisation internationale siégeant en Suisse et rassemblant des organismes de normalisation nationaux issus des États membres. L’ASTM est un organisme siégeant aux États-Unis, à l’origine principalement reconnu à l’échelle nationale, mais dont les normes sont désormais utilisées dans le monde entier, rassemblant industriels, scientifiques et autorités publiques.
Historiquement, les deux organismes divergent dans l’organisation de leurs structures, méthodes de travail, procédés de mise à jour et spécialités. Des divergences qu’on retrouve également dans les normes puisque chacun des organismes dispose d’une norme pour l’essai de traction sur matériaux métalliques, en faisant néanmoins des distinctions sur les aspects mis en avant et le niveau de détail apporté.
Les deux normes étant toutes deux très utilisées à l’échelle mondiale, la volonté de les harmoniser était et est toujours une évidence. Il existe déjà d’innombrables points communs : le procédé de base de l’essai de traction sur matériaux métalliques est identique selon les deux normes, elles utilisent toutes deux des systèmes d’essai et des équipements comparables telles que les mâchoires, et la variante métrique a été établie avec les unités SI dans la norme ASTM E8M. Une géométrie commune des éprouvettes plates fait également partie des résultats de l’harmonisation.
Le processus d’essai suit la même logique dans les deux normes : préparation de l’éprouvette à partir du produit semi-fini, mesure de la géométrie, réalisation de l’essai de traction, enregistrement et évaluation des données. Cette structure de base commune constitue un bon point de départ pour les étapes ultérieures d’harmonisation.
Aperçu des différences principales
Bien que le processus d’essai principal soit similaire, les normes ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M se distinguent sur plusieurs points déterminants pour le fonctionnement quotidien des laboratoires. Il s’agit notamment des géométries d’éprouvette, de la mesure des dimensions d’éprouvette ou de la détermination de la section initiale, des exigences relatives au système d’essai, des définitions de résultats, ainsi que des vitesses d’essai et des méthodes de régulation.
Ces différences n’ont pas toutes la même importance. Certaines concernent avant tout la dénomination, d’autres ont une influence directe sur les valeurs déterminées. Il ne s’agit pas tant de la présence d’une différence mais de ce que signifie cette différence pour le résultat.
Géométries d’éprouvette Mesure de section Exigences relatives au système d’essai Résultats d’essai Vitesse d’essai
1. Géométries éprouvette
Pour les éprouvettes plates, il existe une géométrie prédéfinie, identique dans les normes ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M. Cette géométrie commune faisait partie de l’harmonisation et permet de mieux comparer les essais dans des conditions définies.
| Paramètres | ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M |
|---|---|---|
| Type d’éprouvette | B1 | Éprouvette plate (sheet type) |
| Largeur | 12,5 mm | 12,5 mm |
| Longueur de mesure | 50 mm | 50 mm |
| Épaisseur | jusqu’à 3 mm | 0,13 à 5 mm |
La plage de chevauchement se situe ainsi pour les épaisseurs de tôle entre 0,13 mm et 3 mm. Dans cette plage, la géométrie commune des éprouvettes plates peut être appliquée afin de déterminer les conditions d’essai les plus similaires possibles. Cela ne signifie pas forcément que tous les résultats sont directement comparables, mais cela permet de réduire une importante variable d’influence.
La situation est différente pour les éprouvettes cylindriques. Les deux normes définissent des éprouvettes cylindriques et, dans les deux cas, la longueur de mesure est définie par rapport au diamètre. La norme ASTM E8 fait néanmoins la distinction selon le diamètre alors que la norme ISO 6892-1 considère les groupes de matériaux. Il n’existe aucune géométrie d’éprouvette cylindrique commune prédéfinie. Pour obtenir des conditions comparables, longueur de mesure et diamètre doivent correspondre.
Pour certains produits spéciaux tels que les vis, tubes ou autres produits similaires, il existe parfois des paragraphes ou annexes spécifiques qui doivent être pris en compte.
Dès lors que des géométries d’éprouvette différentes sont utilisées, les résultats ne sont pas comparables ; il en va de même lorsque les valeurs se rapportent à la section. Ainsi, afin d’obtenir un comportement de contrainte-déformation comparable, la longueur de mesure et la section doivent être identiques.
2. Mesure des dimensions d’éprouvette/détermination de la section initiale
En pratique, l’influence de la mesure de section est souvent sous-estimée. La section initiale agit alors directement sur l’ensemble des valeurs de contrainte calculées. Si la section est déterminée d’une autre manière, les résultats peuvent également varier, même lorsque l’essai effectif est réalisé correctement.
Avec la norme ISO 6892-1, la section est mesurée en plusieurs points de la longueur calibrée. On calcule ensuite la moyenne des valeurs de section. Pour la mesure de l’épaisseur, une précision de ±2 % est requise.
La norme ASTM E8/E8M procède autrement. La mesure est réalisée sur le point le plus étroit de la longueur calibrée. En outre, des valeurs absolues sont mentionnées pour la précision de la mesure de l’épaisseur : 2 µm pour les épaisseurs de tôle inférieures à 2,5 mm, 10 µm pour les épaisseurs comprises entre 2,5 mm et 5 mm et 20 µm pour les épaisseurs supérieures à 5 mm.
| ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M | |
|---|---|---|
| Détermination | Mesure en plusieurs points de la longueur calibrée et calcul de la moyenne des valeurs de section | Mesure au point le plus étroit de la longueur calibrée |
| Précision de la mesure de l’épaisseur | ±2 % | Selon l’épaisseur de tôle (< 2,5 mm / 2,5 - 5 mm / > 5 mm) : 2 µm / 10 µm / 20 µm |
La différence entre l’exigence en pourcentage et l’exigence absolue pour la mesure de l’épaisseur peut être considérable selon l’épaisseur de tôle. Exemple : pour une épaisseur de tôle de 3 mm, un écart jusqu’à 60 µm est admis selon la norme ISO 6892-1 alors que la norme ASTM E8M admet un écart de seulement 10 µm. De telles différences peuvent avoir une importance dans les audits, les demandes de précisions de clients ou en cas de résultats proches des valeurs limites.
3. Exigences relatives au système d’essai
Le montage d’essai fondamental est comparable pour ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M : il nécessite un bâti de charge adapté avec électronique de pilotage et d’acquisition, mâchoires, capteur de force, extensomètre et un logiciel d’exploitation des données, de stockage et d’analyse. Ainsi, la technique de base pour les essais conformes aux deux normes est similaire en substance et l’utilisation de deux systèmes d’essai fondamentalement différents n’est pas nécessaire en laboratoire.
Des différences subsistent néanmoins dans les classes de précision requises pour les capteurs de force et extensomètres. À cela s’ajoute la variation dans la définition des classes de précision, étant donné qu’elle repose sur différentes normes : pour la norme ISO 6892-1, il faut appliquer la norme ISO 7500-1 (mesure de la force) ou ISO 9513 (extensomètre) et pour la norme ASTM E8, la norme ASTM E4 (mesure de la force) et la norme ASTM E83 (extensomètre).
Pour nos recommandations, nous tenons compte des applications concrètes et vérifions quelles sont les exigences les plus élevées des normes ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M. L’équipement d’essai est ensuite conçu afin de garantir, si possible, qu’un même système d’essai couvre les deux normes.
4. Résultats d’essais
Pour les résultats d’essai, il existe des différences en termes de terminologie et de méthode de détermination. De nombreuses données sont très similaires et se distinguent seulement par leur dénomination.
Il convient néanmoins de surveiller l’allongement à la force maximale et à l’allongement à la rupture. La détermination de ces valeurs caractéristiques est différente.
| ISO 6892-1 | ASTM E8 | |
|---|---|---|
| Pente de la partie élastique | mE | - |
| Limite d’élasticité (conventionnelle) pour un allongement plastique de 0,2 % | Rp0,2 | Limite d’élasticité (offset = 0,2 %) |
| Limite d’élasticité supérieure | ReH | UYS |
| Limite d’élasticité inférieure | ReL | LYS |
| Prolongement de la limite d’élasticité | AL | YPE |
| Résistance à la traction | Rm | TS |
| Allongement plastique de l’extensomètre à la force maximale | Ag | - |
| Allongement total de l’extensomètre à la force maximale | Agt | Elu - allongement uniforme |
| Déformation à la rupture | A - manuel et par logiciel | Allongement à la rupture (manuel) |
| Allongement total de l’extensomètre à la rupture | At | Déformation à la rupture |
Allongement uniforme ou allongement à la force maximale
La dénomination est quasiment identique et la valeur caractéristique est la même, mais les résultats ne sont néanmoins pas directement comparables. En effet, la détermination de l’allongement à la force maximale (également appelé allongement uniforme) varie selon ISO ou ASTM.
Conformément à la norme ISO 6892-1, l’allongement total de l’extensomètre à la force maximale Agt est déterminé au point de force maximale.
L’allongement total à la force maximale Elu est calculé d’une autre manière selon la norme ASTM E8 : s’il est inférieur de 0,5 % à la force maximale, une droite horizontale est tracée et l’allongement est mesuré au milieu de celle-ci.
Selon le matériau, cela peut représenter des différences significatives dans le résultat.
Autre différence : la norme ISO 6892-1 définit également l’allongement plastique de l’extensomètre à la force maximale (Ag) à partir duquel l’allongement élastique est soustrait de la valeur totale. L’ASTM ne prévoit pas cette valeur caractéristique.
Déformation à la rupture
L’allongement total au moment de la rupture est calculé au dernier point de mesure avant la chute de force, celle-ci marquant la rupture. Dans la norme ISO 6892-1, cette valeur caractéristique est appelée « allongement total de l’extensomètre à la rupture At », alors que la norme ASTM E8 emploie le terme « allongement à la rupture (Elongation at Break) ».
Pour l’allongement à la rupture A selon ISO 6892-1, l’allongement élastique est retiré afin d’obtenir uniquement l’allongement permanent. La norme ASTM E8 se distingue ici nettement, l’« allongement après rupture » étant déterminé manuellement ; une opération pour laquelle les deux moitiés d’éprouvette sont réassemblées et mesurées manuellement après la rupture. Pour cela, des marquages sont réalisés sur l’éprouvette avant l’essai.
Étant donné que les résultats entre la mesure manuelle et la mesure automatique ont tendance à varier fortement, un recours au calcul manuel pour la comparabilité est possible même avec l’ISO. Celui-ci est également possible selon la norme ISO 6892-1, bien qu’il soit rarement effectué en raison de l’effort plus important qu’il demande et d’une dispersion plus élevée des valeurs.
Il convient de tenir compte du point suivant en matière de comparaison des valeurs d’allongement à la rupture : la vitesse d’essai dans la plage de déformation plastique est définie de manière différente dans les deux normes et peut varier dans le cas présent. La vitesse d’essai influence pourtant les résultats de manière déterminante, comme on le verra encore plus clairement dans la section suivante.
5. Vitesse d’essai et méthodes de régulation
Les deux normes définissent trois méthodes de régulation différentes pour la vitesse d’essai jusqu’à atteindre la limite d’élasticité. Les méthodes sont comparables dans leurs fonctionnalités, bien que leurs dénominations varient et soient précisément source de confusion dans les laboratoires.
Les résultats calculés selon différentes méthodes de régulation ne sont donc pas comparables, ce qui constitue un point critique.
| ISO 6892-1:2020 | Description de la méthode d’essai | ASTM E8/E8M-22 | |
|---|---|---|---|
| Méthode A1 | Régulation de la vitesse d’allongement de la boucle de régulation fermée « closed loop », par ex. 0,00025 s-1 ±20 % | Méthode B | Régulation de la vitesse d’allongement de la boucle de régulation fermée « closed loop », par ex. 0,00025 s-1 ±40 % |
| Méthode A2 | Régulation de la vitesse d’allongement de la boucle de régulation ouverte « open loop », par ex. 0,00025 s-1 ±20 % | Méthode C | Vitesse de la traverse par ex. 0,00025 s-1 ±20 % |
| Méthode B | Vitesse de contrainte par ex. 6/60 MPa/s pour l’acier ou 2/20 MPa/s pour l’aluminium | Méthode A | Taux de contrainte 1,15 … 11,5 MPa/s |
| Vitesse d’essai (après dépassement de la limite d’élasticité) par ex. pour évaluer la résistance à la traction | par ex. 0,0067 s-1 ±20 % (ou 0,00025 s-1 ou 0,002 s-1) | Vitesse d’essai (après dépassement de la limite d’élasticité) par ex. pour évaluer la résistance à la traction | par ex. 0,00083 … 0,0083 s-1 |
Les prescriptions de régulation de la vitesse de contrainte sont différentes. La vitesse de contrainte est dépendante du module d’élasticité du matériau dans la norme ISO 6892-1, ce qui n’est pas le cas avec la norme ASTM E8.
Les méthodes avec régulation de la vitesse d’allongement jusqu’à atteindre le point d’étirement sont en revanche comparables. Dans ce cas de figure, les mêmes vitesses d’essai ont été définies dans les deux normes. La norme ASTM E8 admet seulement une tolérance plus élevée pour la variante « closed loop ».
Les matériaux métalliques sont sensibles au taux d’allongement. Une vitesse d’essai plus élevée entraîne par exemple des limites d’élasticité plus importantes et influence ainsi fortement les résultats d’essai.
La meilleure comparabilité des valeurs d’essai s’obtient avec la méthode « closed loop ». Cette dernière garantit des taux d’allongement identiques lors de la détermination de la limite d’élasticité. Cette méthode fixe des exigences plus élevées pour l’équipement mais peut être bénéfique à l’obtention de résultats fiables et à la réduction de la dispersion.
Conclusion : connaître les différences et exploiter efficacement les points communs
Les normes ISO 6892-1 et ASTM E8/E8M sont toutes deux reconnues à l’international et appliquées dans la pratique. La compréhension des différences permet de mieux classer les résultats, d’éviter les interprétations erronées et de travailler plus efficacement. Étant donné que les deux normes sont harmonisées dans certains domaines, leurs points communs peuvent être exploités de manière ciblée : par exemple avec des formes d’éprouvettes, des réglages et des procédés identiques et des conditions d’essai généralement comparables.
Au laboratoire, un système d’essai pouvant couvrir les deux normes sans modification complexe, facilite grandement le basculement entre la norme ISO 6892-1 et la norme ASTM E8/E8M. En parallèle d’un équipement d’essai adapté, le logiciel joue un rôle décisif : les programmes d’essais standard de testXpert respectent toutes les exigences normatives pertinentes et assurent la réalisation d’essais conformes aux normes.
Le logiciel d’essai permet en outre d’enregistrer les paramètres de la machine afin de les reproduire de manière automatisée. Cela permet de basculer de manière fiable, reproductible et rapide entre les essais conformes à la norme ISO 6892-1 ou ASTM E8/E8M.
