ASTM E345 & DIN 50154 – Essai de traction sur feuilles métalliques

À l’origine, la norme DIN 50154 a été développée pour les feuilles d’aluminium utilisées dans l’industrie de l’emballage. Ce domaine reste aujourd’hui encore un domaine d’application important, car les films d’emballage doivent présenter une qualité constante, une ductilité élevée et une stabilité mécanique.
Aujourd'hui, la norme est toutefois utilisée en combinaison avec la norme ASTM E345 dans des domaines d’application nettement plus larges, à savoir pour tous les films métalliques techniques, de l’aluminium au lithium-métal en passant par le cuivre et le titane. Ainsi, l’essai de traction selon ces normes n’est pas seulement intéressant pour les applications classiques, mais il s’est également imposé dans les technologies clés pour la mobilité électrique et l’hydrogène :

• Industrie de l’emballage : feuilles d’aluminium pour emballages alimentaires et pharmaceutiques
• Recherche et production dans le domaine des batteries : les batteries lithium-ion utilisent des feuilles métalliques extrêmement fines ; des feuilles de cuivre côté anode (environ 4,5 à 12 µm) et des feuilles d’aluminium côté cathode (environ 8 à 20 µm). Celles-ci servent de conducteurs électriques et de support pour les couches actives dans les batteries lithium-ion. L’essai de traction garantit que les matériaux résistent aux contraintes du processus de production et pendant toute la durée de vie de la batterie. Les électrodes revêtues peuvent également être testées conformément aux normes.
  Plus d’informations sur l’essai des batteries
• Technologie de l’hydrogène et des énergies vertes : feuilles de titane dans les plaques bipolaires pour piles à combustible. Ici, la résistance à la traction est déterminante pour la durée de vie et la sécurité des composants.
  En savoir plus sur l'essai des piles à combustible
• Essais pour l'industrie automobile : contrôle des lamelles dans les radiateurs, où des films et bandes minces doivent résister de manière fiable à des contraintes mécaniques.

Au niveau européen, des travaux sont actuellement en cours pour faire évoluer la normalisation (CEN, EN) afin de mieux adapter les méthodes d’essai aux nouveaux matériaux et aux nouvelles applications. Notre participation active au développement des normes, pour les matériaux de batterie et les essais sur piles à combustible notamment, nous permet de vous garantir des solutions d’essai qui répondront à toutes vos exigences.

Les feuilles métalliques minces sont fragiles et imposent des exigences élevées en matière d’équipement d’essai. Cela commence par la fabrication des éprouvettes, passe par leur serrage et se termine par leur essai :

• Machine d’essai des matériaux : en raison des faibles forces d’essai requises pour tester les films, la machine d’essai universelle à une colonne zwickiLine, avec des forces d’essai allant jusqu’à 1 kN, est parfaitement adaptée. Grâce à l’étalonnage ultraprécis de nos capteurs de force, il est également possible d’utiliser des machines d’essai des matériaux présentant des capacités de charge plus élevées, tout en respectant pleinement les normes ISO 7500-1 et ASTM E4 (classe 1 ou supérieure).
• Préparation des éprouvettes : les feuilles métalliques minces sont extrêmement sensibles aux plis, aux entailles et aux bosses. Pour une préparation propre et sans entailles des éprouvettes, ZwickRoell recommande notamment l’utilisation de l’outil de découpe des bandes de film qui garantit une qualité de coupe et des dimensions d’éprouvette optimales et reproductibles en une seule coupe.
• Manipulation et mise en place de l’éprouvette : afin de minimiser l’influence de l’opérateur et les dommages causés à l’éprouvette et de garantir un alignement vertical, l’outil Easy Insertion Tool peut aider l’utilisateur à insérer l’éprouvette avec précision et sans tension, en particulier pour les éprouvettes d’une épaisseur inférieure à 0,1 mm. Une plaque d’alignement assure le positionnement correct avant que l’éprouvette ne soit insérée dans le support via un guide.
• Serrage des éprouvettes et transmission de force : un serrage sûr sans endommagement ni glissement des films sensibles est possible, par exemple, grâce à des mâchoires pneumatiques et des inserts de mors caoutchoutés qui garantissent une pression de fermeture constante. De plus, grâce à un large choix d’inserts et de mâchoires, nous garantissons une configuration parfaite de la machine pour chaque application.
  Le contrôle automatique de la force zéro via le logiciel testXpert protège en outre l’éprouvette contre toute précharge indésirable lors du serrage. Tout glissement ou déformation plastique de l’éprouvette dans les mors de serrage entraînerait la mesure de valeurs erronées pour l’allongement à la rupture.
• Mesure de l’allongement : si, outre la résistance à la traction R_m et l’allongement à la rupture A₅₀ ou A₁₀₀, il est nécessaire de déterminer également la limite d’élasticité R_p0,2, il convient d’effectuer la mesure de l’allongement à l’aide d’un extensomètre. Pour obtenir des résultats très précis et effectuer des mesures exigeantes du module de Young, nous recommandons l’extensomètre vidéo videoXtens biax, qui fonctionne sans contact et ne nécessite aucun marquage des éprouvettes. Outre le gain de temps réalisé grâce à la suppression du marquage des éprouvettes, les extensomètres sans contact offrent ici des avantages considérables par rapport aux extensomètre « Clip-ON »/capteurs à sonde, car ils excluent tout risque d’endommagement des éprouvettes minces par les lames et toute influence de la force d’entraînement des lames sur les résultats des essais.
• Réalisation de l’essai : les normes ASTM E345 et DIN 50154 ont été dérivées des normes relatives aux essais de traction sur les métaux ASTM E8 et ISO 6892-1 et adaptées aux essais sur films minces, de sorte que ces normes sont largement référencées en ce qui concerne la réalisation des essais, les paramètres d’essai et les valeurs caractéristiques.
• Acquisition des données et évaluation : le logiciel d’essai testXpert guide l’utilisateur tout au long du déroulement de l’essai, conformément aux normes en vigueur. Les spécifications d’essai standard comprennent déjà les exigences normatives pertinentes des normes ASTM E345 et DIN 50154. De plus, l’intégration de l’extensomètre videoXten permet une analyse DIC 2D : il est possible de définir des longueurs de mesure virtuelles, de vérifier la qualité de l’alignement et de quantifier les hétérogénéités, sans matériel supplémentaire.