ASTM A370 Méthodes d’essai et définitions de l’essai mécanique sur l’acier
ASTM A370 est une norme collective complète reconnue à l’échelle internationale, qui s’intéresse de manière générale à l’essai mécanique de produits en acier et qui est employée dans différents secteurs tels que le bâtiment, la construction mécanique, l’industrie automobile et aéronautique. Elle veille à ce que les produits en acier respectent les exigences élevées en matière de résistance, de ductilité et de sécurité, et représente une base solide pour l’industrie, la recherche et l’assurance qualité.
Afin de déterminer les propriétés nécessaires des matériaux conformément aux spécifications produit, la norme ASTM A370 propose plusieurs méthodes d’essai tels que l’essai de traction, l’essai de flexion, l’essai de dureté d’après Brinell, Rockwell et l’essai de dureté non stationnaire ainsi que l’essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées selon Charpy. La norme ASTM A370 porte une attention particulière à l’essai de traction.
Les contenus suivants présentent les points principaux. Pour des essais conformes à la norme ASTM A370, il est toutefois indispensable d’acheter la norme complète.
Référence aux normes Essai de traction Essai de flexion Essai de dureté Essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées Annexes FAQ Projets clients
Référence à d’autres normes dans l’ASTM A370
La norme ASTM A370 définit les méthodes d’essai de base pour les essais mécaniques des produits en acier et fait référence à d’autres normes d’essai du catalogue de normes ASTM. Il convient de noter que les « normes A » du catalogue de normes ASTM, telle que la norme ASTM A370, concernent les matériaux en fer et en acier (« A » pour « Ferrous Metals »). D’autre part, les normes E telle que la norme ASTM E8 concernent généralement les méthodes et pratiques d’essai (« E » pour « Test Methods and Practices »).
Les différences entre la norme ASTM A370 et les normes ASTM spécifiées respectives résident notamment dans la géométrie de l’éprouvette.
Outre les normes ASTM pertinentes, le tableau prend également en compte les normes ISO correspondantes qui jouent un rôle lorsqu’elles sont combinées à la norme ASTM A370.
| Méthode d’essai dans l’ASTM A370 | Référence à la norme ASTM | Équivalent dans la norme ISO |
|---|---|---|
| Essai de traction à température ambiante | ||
| essai de flexion | ASTM E290 ASTM E190 | |
Dureté Rockwell Dureté Brinell Dureté Vickers | ||
| Essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées Charpy |
Essai de traction selon ASTM A370
L’essai de traction est une méthode courante pour déterminer les caractéristiques mécaniques de l’acier et d’autres matériaux. Elle consiste à tester une éprouvette normalisée sous une charge de traction croissante jusqu’à la rupture.
Lors de l’essai de traction selon ASTM A370, les propriétés du matériau suivantes sont notamment déterminées :
- Module d’élasticité E : degré de résistance d’un matériau à la déformation élastique.
- Limite d’élasticité Re ou Rp0,2 : déformation durable du matériau ou plastification.
- Résistance à la traction Rm : contrainte de traction mécanique maximale à laquelle le matériau peut être soumis. Également le point de force maximale.
Les caractéristiques principales calculées sont la limite d’élasticité, la résistance à la traction et l’allongement à la rupture. Ces valeurs apportent des indications sur le comportement du matériau sous contrainte et sont décisives dans le choix des matériaux destinés aux applications les plus diverses, notamment dans l’industrie automobile, la construction mécanique ou l’aéronautique et l’aérospatial.
La réalisation de l’essai de traction à température ambiante est effectuée selon des normes internationales telles que ASTM E8 ou encore ISO 6892-1. L’éprouvette est soumise à une traction de manière quasi-statique tandis que la force et l’allongement sont mesurés en continu. La limite d’élasticité indique le point auquel le matériau commence à présenter une déformation plastique, la résistance à la traction indique quant à elle la charge maximale que le matériau peut supporter. L’allongement à la rupture décrit la capacité de déformation plastique du matériau avant la rupture.
Outre ces valeurs caractéristiques déterminées à température ambiante, l’essai de traction peut également être réalisé dans d’autres conditions, par exemple à haute température, à l’instar de la norme ASTM E21 ou ISO 6892-2, afin de tester le comportement des matériaux dans des domaines d’application spécifiques. Ces essais sont essentiels à l’assurance qualité des produits en acier et permettent de garantir l’adéquation des matériaux à différentes applications industrielles.
Les machines d’essai des matériaux de ZwickRoell fonctionnent avec des systèmes de charge électromécaniques et permettent une commande précise de la vitesse d’essai.
ASTM A370 Éprouvettes et dimensions pour l’essai de traction
Pour l’essai de traction, la norme ASTM A370 prévoit l’utilisation d’éprouvettes plates ou cylindriques. Vous trouverez ci-dessous une comparaison des dimensions avec celles des éprouvettes utilisées dans la norme ASTM E8. Le tableau qui suit indique les dimensions éprouvette normalisées pour les éprouvettes plates selon la norme ASTM A370. La norme décrit trois types d’éprouvettes différents qui se distinguent par leur épaisseur de tôle. Il s’agit ici d’éprouvettes plates (« Sheet Type ») en tôle, « d’éprouvettes plateau » ("Plate Type") en tôle forte notamment et d’éprouvettes de plus petit format (« Subsize Specimen »).
On peut constater que, comparé à la norme ASTM E8, seules les éprouvettes de petit format diffèrent légèrement en largeur dans le système métrique. La norme ASTM E8 propose encore d’autres géométries d’éprouvette aux longueurs de mesure variées qui ne sont pas mentionnées dans la norme ASTM A370.
Dans l’ensemble, on peut retenir que la géométrie d’éprouvette est très similaire dans les normes ASTM A370 et ASTM E8 (M) pour les éprouvettes plates et cylindriques prévues pour l’essai de traction. Il subsiste néanmoins des différences, notamment dans le système métrique, qui doivent être respectées lors de leur utilisation.
Éprouvettes plates
| Catégorie | Épaisseur de tôle | Type de mesure | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Éprouvette plate « Sheet Type » | 1" (max. 25 mm) | Longueur de mesure (G) | 2,0" (50 mm) | 2,0" (50 mm) |
| Largeur (W) | 0,5" (12,5 mm) | 0,5" (12,5 mm) | ||
| Éprouvette en tôle forte « Plate Type I » | 3⁄16" (min. 5 mm) | Longueur de mesure (G) | 8,0" (200 mm) | 8,0" (200 mm) |
| Largeur (W) | 1,5" (40 mm) | 1,5" (40 mm) | ||
| Éprouvette en tôle forte « Plate Type II » | 3⁄16" (min. 5 mm) | Longueur de mesure (G) | 2,0" (50 mm) | 2,0" (50 mm) |
| Largeur (W) | 1,5" (40 mm) | 1,5" (40 mm) | ||
| Éprouvette de plus petit format « Subsize Specimen » | 1⁄4" (max. 6 mm) | Longueur de mesure (G) | 1,0" (25 mm) | 1,0" (25 mm) |
| Largeur (W) | 0,25" (6,25 mm) | 0,25" (6,0 mm) |
Éprouvettes cylindriques
Des géométries d’éprouvette sont également prescrites pour les éprouvettes cylindriques dans la norme ASTM A370 : le tableau qui suit indique les dimensions éprouvette normalisées pour les éprouvettes cylindriques selon la norme ASTM A370. La norme décrit plusieurs types d’éprouvettes qui se distinguent par leur rayon ou leur diamètre. La longueur calibrée (« Length of reduced section ») varie également. Les différences exactes sont indiquées dans le tableau suivant. Les valeurs se distinguent de la norme ASTM E8, notamment lors de leur conversion dans le système métrique, mais également en matière de longueur de mesure. Les éprouvettes standard 2 (Standard Specimen 2) et les éprouvettes de petit format 1 (Small-size Specimen 1) sont particulièrement concernées.
| Catégorie | Type de mesure | ASTM A370 (pouces) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Éprouvette standard « Standard Specimen 1 » | Longueur de mesure G | 2,0 | 50,0 | 50,0 |
| Rayon de congé R (fillet radius) | 3/8 | 10,0 | 10,0 | |
| Longueur calibrée A (reduced section length) | 2.25 | 60,0 | 56,0 | |
| Éprouvette standard « Standard Specimen 2 » | Longueur de mesure G | 1,4 | 35,0 | 36,0 |
| Rayon de congé R (fillet radius) | 0,25 | 6,0 | 8,0 | |
| Longueur calibrée A (reduced section length) | 1,75 | 45,0 | 45,0 | |
| Éprouvette de petit format « Small-size Specimen 1 » | Longueur de mesure G | 1,0 | 25,0 | 24,0 |
| Rayon de congé R (fillet radius) | 3/16 | 5,0 | 6,0 | |
| Longueur calibrée A (reduced section length) | 1.25 | 32,0 | 30,0 | |
| Éprouvette de petit format « Small-size Specimen 2 » | Longueur de mesure G | 0,64 | 16,0 | 16,0 |
| Rayon de congé R (fillet radius) | 5/32 | 4,0 | 4,0 | |
| Longueur calibrée A (reduced section length) | 0,75 | 20,0 | 20,0 |
Mâchoires et extensomètre pour les essais de traction selon ASTM A370
Pour la réalisation des essais de traction selon ASTM A370, la mesure précise et la fixation stable des éprouvettes sont primordiales. Nos mâchoires spécialement développées assurent un maintien sûr et fiable des éprouvettes en acier afin d’obtenir des conditions d’essai réalistes. L’éprouvette est ainsi maintenue tout au long de l’essai sans aucune influence sur ses propriétés mécaniques.
En outre, nos extensomètres très précis assurent la mesure exacte de l’allongement et permettent de déterminer les principales valeurs caractéristiques telles que la limite d’élasticité, le module d’élasticité et l’allongement à la rupture. Les extensomètres sans contact en particulier sont capables de mesurer les plus infimes allongements avec la plus grande précision.
Nos solutions innovantes permettent à vos essais de répondre aux normes les plus exigeantes pour des résultats précis et reproductibles. Cela contribue grandement à l’assurance qualité et à l’évaluation approfondie des propriétés des matériaux des produits en acier.
Essai de flexion selon ASTM A370
L’essai de flexion est une méthode éprouvée d’évaluation de la ductilité de l’acier et des matériaux métalliques. L’éprouvette est pour cela pliée à un angle défini selon un diamètre intérieur donné. L’essai dépend de divers facteurs tels que l’angle de flexion, la section, la composition chimique, la résistance à la traction et la dureté de l’acier.
Les méthodes d’essai s’appuient sur les normes ASTM E190 et E290. L’essai est généralement réalisé à température ambiante, conditions dans lesquelles la vitesse de flexion, lorsqu’elle est suffisamment lente (quasi-statique), ne joue pas de rôle particulier.
Les normes ISO 7438 et ISO 8491 concernent également les essais de flexion.
Grâce aux machines d’essai des matériaux modernes de ZwickRoell et à des contrôles qualité stricts, nous vous garantissons l’obtention de résultats fiables et conformes aux normes pour vos produits en acier.
Essai de dureté selon ASTM A370
L’essai de dureté mesure généralement la résistance des matériaux à la pénétration d’un corps géométrique et sert de méthode relativement simple et rapide pour l’estimation de la résistance d’un matériau. L’essai de dureté sert également d’approche de la résistance à la traction en raison d’une corrélation entre les deux. Cette relation est bien étudiée en particulier pour l’acier et permet de réaliser une estimation de la résistance à la traction dans le cas où un essai de traction direct ne peut pas être effectué. La norme ASTM A370 se réfère spécifiquement à l’essai de l’acier.
Différentes méthodes d’essai de dureté sont décrites dans la norme ASTM A370 en fonction des exigences spécifiques :
- Rockwell (selon ASTM E18) : idéale pour les aciers durcis, mesure relativement rapide
- Brinell (selon ASTM E10) : adaptée aux métaux tendres à moyennement durs, empreintes plus grandes
- Appareils d’essai de dureté non stationnaires : pour les pièces de grande taille ou immobiles
Les résultats de mesure peuvent être convertis dans d’autres échelles de dureté ou en résistance à l’aide de tableaux de conversion. Dans la documentation, la valeur de dureté mesurée est indiquée avec son échelle, par ex. 353 HBW ou 38 HRC.
Les machines d’essai de dureté précises de ZwickRoell garantissent des mesures de dureté fiables et conformes aux normes pour différents produits en acier.
ASTM A370 Essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées selon Charpy
L’essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées selon Charpy (également selon ASTM E23) est une méthode d’essai dynamique qui détermine la ductilité d’un matériau soumis à un choc. Pour cela, une éprouvette entaillée est soumise à un choc dans un mouton pendule. Les valeurs d’essai calculées comprennent notamment :
- L’énergie absorbée de l’éprouvette – une mesure pour la résistance du matériau aux charges soudaines et la classification entre fragile et ductile
- La rupture par cisaillement en pourcentage – pour l’évaluation du type de rupture (fragile ou ductile)
- La dilatation latérale du côté de l’entaille – une évaluation de la déformation du matériau
L’essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées selon Charpy est également décrit en détail dans la norme ISO 148-1.
L’essai de flexion par choc sur éprouvettes entaillées Izod, tel que décrit dans la norme ASTM E23 est brièvement mentionné dans la norme ASTM A370 dans ce contexte, sans être toutefois traité en détail. Aucune explication détaillée de la méthode d’essai n’est fournie, il en va de même pour son exécution ou les exigences spécifiques à respecter.
Annexe 1 : produits cylindriques en acier (« Steel Bar Products »)
L’assurance qualité des barres et baguettes est effectuée par des méthodes d’essai spécifiques qui vont au-delà des spécifications générales. Les barres d’acier d’un diamètre inférieur à 13 mm ne sont pas soumises aux essais de traction, sauf en cas de nécessité. Les essais de flexion sont réalisés de différentes manières en fonction du processus de fabrication (laminage à chaud ou fabrication à froid). Pour l’essai de dureté, il peut être nécessaire de retirer une couche de matériau afin de garantir l’obtention de résultats précis. Ces essais garantissent la conformité des barres d’acier aux exigences mécaniques élevées et permettent de contrôler leur qualité de manière fiable.
Annexe 2 : produits tubulaires en acier (« Steel Tubular Products »)
L’essai sur tubes en acier couvre une grande variété de formes de tubes : ronds, carrés, rectangulaires et profilés spéciaux. L’essai de traction est réalisé sur des sections de tubes entières, des éprouvettes bandes découpées dans la longueur et des éprouvettes anneaux prélevées sur la paroi du tube (essai de traction sur anneau). Pour cela, les éprouvettes sont soumises à une contrainte axiale ou radiale afin de déterminer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, la limite d’élasticité et l’allongement à la rupture.
Les essais de dureté sont réalisés sur la partie intérieure ou extérieure des tubes ainsi que sur leur section. Une force d’essai plus faible est appliquée pour les tubes à paroi mince afin d’éviter de provoquer des déformations. Des essais supplémentaires sont réalisés afin de déterminer la ductilité. Il s’agit notamment de l’essai de compression sur une éprouvette anneau (Crush Test), de l’essai de compression à plat, de l’essai de compression à plat inversé, de l’essai d’écrasement, de l’essai de rabattement de collerette, de l’essai d’évasement et de l’essai d’aplatissement, qui simulent chacun des situations de sollicitation différentes. En complément, l’essai hydraulique d’expansion de l’anneau est réalisé afin de déterminer et garantir la limite d’allongement transversale et de s’assurer que les tubes répondent aux exigences mécaniques requises.
Annexe 3 : éléments de fixation an acier (« Steel Fasteners »)
Pour tester des éléments de fixation tels que les boulons, vis et écrous, on procède à des essais de traction permettant de contrôler la charge de rupture minimale et la charge de référence. Les boulons peuvent être raccourcis à une longueur standard au besoin afin de permettre leur utilisation dans la méthode d’essai. Les essais de dureté sur boulons et écrous sont réalisés selon la méthode Brinell ou Rockwell, en fonction de leur taille et spécification. Pour les écrous grand format, un essai de dureté de section est réalisé afin de garantir que les éléments de fixation respectent les normes définies et qu’ils fonctionneront de manière fiable, même en présence de sollicitations extrêmes.
Annexe 4 : produits filaires en acier (« Steel Round Wire Products »)
L’essai sur produits filaires inclut des essais de traction pour lesquels des poignées cunéiformes ou enveloppantes sont utilisées afin de bien aligner l’éprouvette. Le diamètre de fil est mesuré aux points de rupture à 0,025 mm. Une détermination de la déformation est réalisée lors de la mesure de l’écartement entre les points de rupture. Pour les produits filaires présentant un diamètre supérieur à 2,5 mm, un essai de dureté supplémentaire est réalisé. Les essais de ductilité tels que les essais d’enroulement et de spirale permettent de détecter tout défaut du matériau et de s’assurer à ce que les fils rempliront leurs fonctions de manière fiable même en présence d’une contrainte.
Annexe 5 : essais de flexion par choc sur éprouvettes entaillées
Les essais de flexion par choc sur éprouvettes entaillées selon Charpy et Izod servent à étudier le comportement des matériaux métalliques en présence d’une sollicitation en percussion pour l’évaluation de la fragilité et de la ductilité en présence de charges d’impact. Ces essais permettent d’obtenir des valeurs quantitatives afin de comparer les différents matériaux et processus de fabrication. L’essai illustre la température à laquelle le matériau passe de ductile à fragile et aide ainsi à sélectionner les matériaux destinés à des applications spécialisées. Pour les aciers à haute résistance en particulier, il convient de veiller à ce que les conditions d’essai soient correctes. En effet, ces dernières peuvent influencer les résultats de manière significative. En dépit des restrictions, ces essais constituent des outils essentiels pour la sélection du matériau et le contrôle qualité.
À PROPOS DE L’AUTEUR :
Dr Harald Schmid
Global Industry Manager pour les matériaux métalliques | ZwickRoell GmbH & Co. KG
En tant que Global Industry Manager, il est responsable de la stratégie du secteur des matériaux métalliques, en particulier de l’observation du marché, du développement des solutions d’essai et du soutien commercial à l’échelle internationale.
Il dispose d’une expérience approfondie en matière de travaux de normalisation et s’engage activement dans différents organismes, notamment le comité international ISO « ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals » ainsi que dans les groupes de travail DIN tels que NA 062-01-42 AA Zug- und Duktilitätsprüfung für Metalle (NA 062-01-42 AA Essai de traction et de ductilité pour matériaux métalliques) et NA 062-01-47 AA Schlagzähigkeitsprüfung für Metalle und mechanisch-technologische Prüfung an metallischen Rohren (NA 062-01-47 AA Essai de résistance au choc pour matériaux métalliques et essai mécano-technique sur tubes métalliques).
Son parcours académique a commencé par des études de génie mécanique (Licence et Master scientifiques) à l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). Après avoir occupé des postes internationaux dans le domaine de la construction mécanique, il a mené des travaux de recherche à l’Université Friedrich-Alexander d’Erlangen-Nuremberg en tant que collaborateur scientifique spécialisé dans la caractérisation des matériaux et le formage de la tôle. Il a consacré son doctorat au thème des processus d’emboutissage profond avec joncs.
Questions fréquemment posées sur l’ASTM A370
La norme ASTM A370 décrit les méthodes d’essai standardisées pour l’essai mécanique de produits en acier, y compris les essais de traction, de flexion, de dureté et de flexion par choc sur éprouvettes entaillées afin de déterminer leurs propriétés mécaniques. Elle veille à ce que les produits en acier respectent les exigences élevées en matière de résistance, de ténacité et de sécurité, et représente une base solide pour l’industrie, la recherche et l’assurance qualité.
La norme ASTM A370 couvre plusieurs méthodes d’essai mécaniques pour produits en acier, y compris les essais de traction, de flexion, de dureté et de flexion par choc sur éprouvettes entaillées afin de déterminer leurs propriétés mécaniques. La norme ASTM E8 quant à elle se concentre exclusivement sur l’essai de traction pour matériaux métalliques et définit les conditions d’essai, les géométries d’éprouvette et les méthodes d’évaluation pour la détermination de la résistance à la traction et de la limite d’élasticité.