ASTM E23 : Essai de choc sur éprouvettes entaillées Matériaux métalliques, Charpy & Izod
La norme ASTM E23 décrit les essais de résilience sur matériaux métalliques et couvre les essais Charpy et Izod sur éprouvettes entaillées. En pratique, on constate souvent des dispersions lors des étapes de fabrication des éprouvettes, contrôle qualité de l’entaille, guidage thermique, positionnement de l’éprouvette, choix du pendule et vérification du montage d’essai. ZwickRoell aide les laboratoires à maîtriser ces facteurs d’influence de manière contrôlée grâce à l’utilisation d’une technique d’essai adaptée, d’aides à la mise en place, de solutions de thermostatisation, du logiciel d’essai testXpert et de l’automatisation.
Vous trouverez également une autre description de l’essai de choc entaillé dans la norme ISO 148-1.
Sources d’erreur fréquentes Réalisation de l’essai Possibilités d’automatisation FAQ sur la norme Demander conseil
ASTM E23 : les points essentiels
- La norme ASTM E23 s’applique pour les essais de résilience sur matériaux métalliques et, contrairement à la norme ISO 148, couvre non seulement les essais Charpy mais également les essais Izod.
- L’essai est sensible à la géométrie de l’éprouvette, la profondeur de l’entaille, la position de l’entaille, la qualité de la surface et l’hétérogénéité des matériaux. De simples écarts peuvent modifier l’énergie de choc mesurée.
- Lors des essais à température contrôlée, l’intervalle entre le prélèvement de l’éprouvette de la thermostatisation et l’essai de choc détermine la pertinence des résultats.
- Les résultats Charpy et Izod ne sont pas directement comparables car l’éprouvette est contrainte de différentes manières.
- La norme ASTM E23 présente des exigences relatives à la vérification directe et indirecte du mouton-pendule.
- ZwickRoell réduit les influences typiques de l’opérateur grâce à des moutons-pendules adaptés, des aides à la mise en place, des processus de thermostatisation, des spécifications d’essai et l’automatisation des essais Charpy.
La norme ASTM E23 en pratique : sources d’erreurs fréquentes et influence sur les résultats d’essai
Pour l’essai de flexion par choc, le déroulement de l’essai semble simple à première vue : insérer l’éprouvette, déclencher le pendule, déterminer l’énergie de choc. En pratique, la comparabilité des résultats dépend toutefois de nombreux facteurs. L’ensemble des étapes ayant une influence sur l’impact de l’entaille, la température de l’éprouvette, le centrage de l’impact ou la perte d’énergie du pendule est particulièrement critique.
Les causes typiques de dispersion sont les suivantes :
- Dimensions non conformes de l’éprouvette :les éprouvettes standards Charpy présentent des dimensions de 10 × 10 × 55 mm. Les écarts de longueur, largeur, hauteur ou de section résiduelle modifient la contrainte de flexion et complique la comparaison aux valeurs de référence ou avec les autres laboratoires.
- Géométrie d’entaille défectueuse : la profondeur de l’entaille, le rayon de l’entaille et la forme de l’entaille influent sur la concentration locale des contraintes. Une profondeur d’entaille trop faible peut provoquer des énergies de choc plus élevées et une entaille trop profonde des valeurs plus basses.
- Position de l’entaille défectueuse :sur les éprouvettes Charpy, l’entaille est centrée alors que sur les éprouvettes Izod elle est excentrée. Un positionnement erroné de l’entaille ou le traitement analogue d’une éprouvette Charpy à celui d’une éprouvette Izod remet en question la fiabilité du résultat.
- Confusion des entailles en V et en U : les formes d’entaille divergentes ne doivent pas être directement comparées entre elles. La géométrie d’entaille détermine le comportement à la rupture et doit être adaptée à la méthode et à l’évaluation choisies.
- Qualité médiocre d’entaille ou de surface : les rainures, bavures ou surfaces endommagées peuvent influencer le comportement de la fissure. En outre, les éprouvettes rugueuses ou endommagées peuvent fortement contraindre les butées et influer sur les mesures consécutives.
- Positionnement non centré avec Charpy : l’éprouvette doit être placée de manière à ce que le marteau pendulaire frappe contre l’entaille. Si l’éprouvette n’est pas centrée, la contrainte se déplace et l’énergie de choc mesurée peut considérablement varier.
- Serrage inadapté avec Izod : avec Izod, l’éprouvette est serrée de manière unilatérale. Des forces de serrage divergentes ou un serrage non reproductible modifient les conditions limites et ainsi le comportement à la rupture.
- Guidage thermique insuffisant : de nombreux métaux sont plus friables en présence de températures basses. Si l’éprouvette n’est pas entièrement tempérée, la fiabilité de représentation du résultat de la température d’essai effective ne peut être garantie.
- Intervalle trop long entre le prélèvement et l’impact : en cas de différences de températures plus importantes avec l’environnement, l’intervalle restant jusqu’à l’essai est très court. Chaque retard augmente le risque pour l’éprouvette de ne pas présenter la température prévue.
- Pince non tempérée :si une éprouvette refroidie est saisie par une pince chaude, la chaleur locale est susceptible d’être transférée, ce qui peut compromettre les essais réalisés à une température proche de la température de transition entre un comportement ductile et un comportement friable.
- Choix inapproprié du pendule : la norme ASTM E23 fonctionne avec une limite supérieure de 80 % de la capacité du pendule et une limite inférieure dépendant de la résolution de mesure (25 x la plus haute résolution du dispositif ; pour une résolution de notre affichage numérique de 0,1 J, la limite inférieure correspond à 2,5 joules). Une plage de mesure inadaptée peut entraver la précision et la pertinence des résultats.
- Vérification insuffisante du montage d’essai : la norme ASTM E23 comprend la vérification directe et indirecte. La distance entre appuis, les rayons, la panne, les éprouvettes de référence et le comportement de l’appareil doivent être contrôlés de manière traçable afin de détecter les écarts systématiques.
- Usure ou résidus sur les butées : l’usure des butées, les éclats ou l’abrasion peuvent modifier les conditions d’appui, en particulier lors des essais en série, si les résidus ne sont pas retirés à temps.
Vous souhaitez réaliser des essais reproductibles conformes à la norme ASTM E23 ou protéger une solution d’essai existante ?
Les experts ZwickRoell à proximité vous accompagnent dans le choix du mouton-pendule, de l’étau de choc, du marteau pendulaire, de la thermostatisation, du logiciel et du degré d’automatisation en fonction du matériau, des exigences normatives et du volume d’essai.
Réalisation de l’essai de résilience selon ASTM E23 avec ZwickRoell
Étapes d’essai critiques et solutions ZwickRoell expliquées en détail :
Guidage thermique Positionnement de l’éprouvette Choix du mouton-pendule Choix du marteau pendulaire Choix de l’étau de choc et de la butée Vérification Pertes d’énergie Possibilités d’automatisation
Déroulement de l’essai :
Pour l’essai de résilience selon ASTM E23, une éprouvette métallique entaillée est contrainte brutalement par un marteau pendulaire. La norme comprend les essais Charpy et Izod.
- Avec la méthode Charpy, l’éprouvette repose sur deux appuis ; l’impact est exercé sur l’entaille.
- Avec la méthode Izod, l’éprouvette est serrée de manière unilatérale et frappée à la verticale.
Avant l’essai, les dimensions de l’éprouvette, la géométrie d’entaille, la température et le choix adéquat du marteau pendulaire sont déterminés. Suite au déclenchement, le pendule traverse ou brise l’éprouvette. L’énergie de choc consommée est déterminée en joules à partir de la différence entre la hauteur initiale et la hauteur de remontée. En outre, le caractère de rupture, par exemple la proportion de rupture, peut être évalué.
Pour les évaluations de matériaux dépendantes de la température, les éprouvettes sont testées à température ambiante, à basse température et à température élevée, afin d’évaluer le comportement transitoire entre la rupture ductile et friable.
Guidage thermique : seules quelques secondes peuvent être décisives sur la comparabilité
Le comportement à la rupture de nombreux matériaux métalliques varie avec la température. S’ils se brisent de manière plutôt friable en présence de températures basses, ils se brisent de manière ductile à température ambiante ou en présence de températures élevées. L’essai selon la norme ASTM E23 est ainsi généralement appliqué pour évaluer les températures de transition ou la proportion de rupture friable.
L’intervalle entre le prélèvement de l’éprouvette de la thermostatisation et l’essai de choc est particulièrement critique. Si l’éprouvette est mise en place trop lentement ou se réchauffe pendant la manipulation, la fiabilité de représentation du résultat de la température d’essai prévue est entravée.
Pour les essais manuels, ZwickRoell met à disposition des pinces d’insertion refroidies afin d’éviter tout transfert de chaleur indésirable lors de la préhension de l’éprouvette. La thermostatisation à proximité du mouton-pendule est également mise en place afin de garantir une rapidité de processus.
Les pinces d’insertion saisissent l’éprouvette au niveau de l’entaille et permettent un positionnement rapide et précis dans l’étau de choc grâce à leur fonction de centrage. Pour les essais automatisés Charpy, l’alimentation veille au respect de l’intervalle entre le prélèvement de la thermostatisation et l’impact du pendule. Elle permet de réduire l’influence de l’opérateur et augmente la reproductibilité, notamment pour les essais à température.
Positionnement de l’éprouvette : les petites erreurs d’emplacement modifient la contrainte de choc
Lors de l’essai Charpy, l’éprouvette doit être positionnée de manière précise afin que le pendule frappe contre l’entaille. Un simple décalage latéral peut être à l’origine d’une altération de l’action commune de l’entaille, la ligne d’impact et la butée.
Pour les essais manuels, la répétabilité dépend fortement de l‘exercice, la manutention et la vitesse d’insertion de l’opérateur. Les éprouvettes refroidies sont particulièrement concernées, lorsque le temps prescrit doit également être respecté.
Des aides à la mise en place telles que les pinces avec logement d’entaille adéquat, butées ou aides au positionnement facilitent la mise en place de l’éprouvette. Pour les systèmes automatisés Charpy, l’alimentation s’effectue de manière reproductible. Cela permet non seulement de contrôler l’intervalle entre la thermostatisation et l’impact mais aussi de normaliser l’emplacement de l’éprouvette dans le montage d’essai.
Moutons-pendules de ZwickRoell pour ASTM E23
Pour les essais selon ASTM E23, différents moutons-pendules de la série HIT sont employés en fonction de la consommation d’énergie, de la méthode d’essai, du volume d’essai et du degré d’automatisation. La capacité maximale du pendule représente un facteur décisif aux côtés du montage d’essai complet à partir du marteau pendulaire, de l’étau de choc, des butées, de la panne, de l’enceinte de protection, du logiciel et de l’automatisation optionnelle.
HIT50P : une solution compacte pour énergies de choc faibles selon ASTM E23
Pour les essais Charpy selon ASTM E23 à faibles absorptions d’énergie, le modèle HIT50P représente une solution peu encombrante et économique. Elle est particulièrement intéressante pour les laboratoires réalisant des essais conformes à la norme ASTM E23, n’ayant toutefois pas recours aux énergies de choc élevées ou disposant d’un espace limité pour un mouton-pendule volumineux.Le dispositif HIT50P est ainsi particulièrement adapté lorsque les données énergétiques attendues se situent dans la plage de mesure admise. Sur un pendule de 50 J, la limite supérieure de la norme ASTM E23 de 80 % de la capacité du pendule signifie que les essais jusqu’à 40 J peuvent être pris en charge. Ainsi, le modèle HIT50P convient notamment aux matériaux métalliques plus friables ou aux applications à absorptions d’énergie plus faibles.
HIT300P/HIT450P : une souplesse d’adaptation aux méthodes Charpy et Izod
Le modèle HIT300P/HIT450P est conçu pour les essais de choc sur éprouvettes métalliques et adapté aux essais Charpy et Izod conformes à la norme ASTM E23.
Pour les essais Charpy, le centrage semi-automatique des éprouvettes permet l’alignement précis de l’éprouvette sur l’entaille. L’éprouvette est positionnée de manière reproductible ; lors du déclenchement, le centrage disparaît automatiquement de la zone d’essai. Ainsi, à la fermeture de la porte de protection, l’éprouvette ne peut pas glisser ni se retrouver désaxée par rapport à la ligne d’impact.De par sa compatibilité avec les essais Charpy et Izod, l’étau de choc universel représente une solution flexible pour les laboratoires réalisant des tâches d’essai variables. En cas de réalisation exclusive ou majoritaire d’essais Charpy, un étau de choc Charpy spécial peut s’avérer judicieux, notamment en présence de volumes d’essai importants.
HIT750P : des énergies de choc élevées pour essais Charpy
Le modèle HIT750P est conçu pour les essais de résilience sur éprouvettes métalliques Charpy présentant des besoins en énergie élevés. Avec une capacité nominale de 750 J, une hauteur de chute de 1 500 mm et une vitesse d’impact de 5,42 m/s, le modèle HIT750P couvre les tâches d’essai les plus exigeantes. Les marteaux pendulaires disponibles de 300 J, 450 J, 600 J et 750 J s’adaptent au différents matériaux et aux absorptions d’énergie attendues.Le modèle HIT750P se prête ainsi particulièrement à la pratique d’essais fiables sur matériaux plus durs ou énergies de choc supérieures. Le levage automatique et le déclenchement électromagnétique du pendule, l’alimentation rapide en éprouvettes tempérées ainsi que l’affichage électronique et analogue des résultats contribuent au déroulement stable et traçable de l’essai.
La considération du frottement de l’air et de palier assistée par logiciel représente un avantage supplémentaire. Les pertes d’énergie qui ne sont pas liées à l’éprouvette sont ainsi exclues de l’examen des résultats afin de réduire les écarts de manière systématique et d’améliorer la comparabilité des mesures.
Marteau pendulaire et plage de mesure : l’énergie doit s’adapter au matériau
La norme ASTM E23 décrit la plage de travail autorisée du pendule. La limite supérieure est fixée à 80 % de la capacité du pendule. Contrairement à la norme ISO 148, elle définit une limite inférieure dépendant de la plus haute résolution du dispositif. Le marteau pendulaire doit donc non seulement être suffisamment dimensionné mais également adapté à la consommation d’énergie attendue.
Pour les matériaux plus friables un pendule de plus petite taille peut suffire. Pour les matériaux plus durs une capacité d’action supérieure est nécessaire. En cas de dépassement de la plage, il convient d’opter pour un pendule plus volumineux ou une autre géométrie d’éprouvette.
Les moutons-pendules ZwickRoell de la série HIT peuvent être équipés en fonction des différentes consommations d’énergie. Pour la norme ASTM E23, le modèle HIT50P représente une solution compacte pour les énergies de choc faibles. Pour les énergies plus élevées, les plus grands modèles de moutons-pendules de 450 ou 750 joules sont envisagés. Le choix doit s’appuyer sur les pré-tests, le comportement des matériaux, l’énergie de choc attendue et les exigences normatives.
Étau de choc, butée et panne : des facteurs décisifs pour des résultats stables
Le choix du bon marteau pendulaire n’est pas le seul facteur décisif dans la réalisation d’essais de flexion par choc automatisés sur éprouvette entaillée selon ASTM E23. La distance entre appuis, la géométrie des butées et l’état de la panne ont un impact direct sur la contrainte de l’éprouvette. L’usure, les résidus ou les surfaces d’appui endommagées sont susceptibles de fausser les résultats. C’est pourquoi il convient de contrôler régulièrement les butées et les pannes et de les remplacer au besoin.
La distance entre appuis et la géométrie des butées agissent directement sur la contrainte de flexion de l’éprouvette. Si la distance entre appuis est trop élevée, l’éprouvette se brise plus facilement. Si elle est trop faible, des énergies de choc plus élevées peuvent intervenir. En outre, la présence de butées usées, endommagées ou encrassées ainsi qu’une panne abîmée modifient les conditions d’appui et d’introduction de la force.
Un étau de choc Charpy ZwickRoell peut être utilisé pour les essais Charpy. Les butées sont pivotables et remplaçables afin d’être utilisées à plusieurs reprises. Leur durée d’utilisation est ainsi prolongée, tout en réduisant le besoin en pièces de rechange. L’étau de choc universel offre une flexibilité supplémentaire lorsque d’autres types d’essai, tels que les essais Izod, sont envisagés en parallèle des essais Charpy.
L’installation du mouton-pendule est également pertinente. Une base suffisamment solide et stable permet de réduire les vibrations et les pertes d’énergie indésirables. Ainsi, l’énergie mesurée lors de l’essai est attribuée de manière univoque au comportement à la rupture de l’éprouvette.
Vérification directe et indirecte : la norme ASTM E23 exige plus qu’une simple mesure
ASTM E23 applique la vérification du mouton-pendule. Lors de la vérification directe, les grandeurs mesurables telles que la distance entre appuis, les rayons des butées ou la géométrie des pannes sont contrôlées. Lors de la vérification indirecte, les éprouvettes de référence sont frappées afin de tester la correspondance des résultats attendus aux tolérances admises.
Si la vérification indirecte ne respecte pas la tolérance, cela indique des écarts dans le montage d’essai, l’usure ou un état de l’appareil, nécessitant un examen plus approfondi.
ZwickRoell met à disposition des laboratoires des moutons pendules conformes aux normes, des montages d’essai étalonnés et vérifiables et des services de SAV et de conseil. Le pendule, mais également l’ensemble de la conception composée de l’étau de choc, la panne, des butées, du système de mesure, du logiciel et du contrôle régulier jouent un rôle important dans la réalisation d’essais reproductibles selon ASTM E23.
Frottement, résistance à l’air et pertes d’énergie : éviter les écarts systématiques
Les moutons-pendules subissent des pertes inévitables dues au frottement et à la résistance à l’air. Si elles ne sont pas prises en compte, les pertes d’énergie influent sur le résultat de l’essai, bien qu’elles ne soient pas provoquées par le matériau.
Les moutons-pendules de ZwickRoell permettent de déterminer le frottement et la résistance à l’air. En cas de conception inchangée, il est possible de considérer ces pertes et de les compenser à partir des résultats de mesure. La pertinence de l’énergie de choc est ainsi améliorée et les écarts systématiques réduits.
Essais de flexion par choc automatisés sur éprouvette entaillée selon ASTM E23
L’automatisation dans la norme ASTM E23 est particulièrement judicieuse lorsque les essais Charpy sont réalisés à température, avec un débit éprouvette élevé ou l’influence opérateur la plus faible possible. Le processus de l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée constitue généralement un plus grand défi que l’essai en lui-même : la thermostatisation, le prélèvement, le positionnement, la fermeture du dispositif de protection et le déclenchement de l’essai doivent être réalisés de manière reproductible et dans l’intervalle prévu.
Le système d’essai robotisé roboTest I permet de réaliser des essais de flexion par choc automatisés sur éprouvettes métalliques entaillées selon la méthode Charpy. Le système prend en charge la thermostatisation, l’acheminement des éprouvettes, le positionnement et le déclenchement de l’essai. Les influences manuelles telles que la température des mains, l’humidité, la mise en place excentrée ou le déclenchement retardé de l’essai sont ainsi réduites.
Un point important pour les essais à température contrôlée. L’éprouvette doit être testée quelques secondes après le prélèvement de la thermostatisation afin de conserver la température d’essai effective. L’automatisation prend justement en charge cette étape : le processus est normalisé, l’intervalle entre la thermostatisation et l’impact est contrôlé et le positionnement de l’éprouvette est réalisé de manière reproductible.
Pour les laboratoires manipulant un grand nombre d’éprouvettes, l’automatisation représente une efficacité supplémentaire. L’opérateur n’est plus tenu d’insérer chaque éprouvette et de déclencher l’essai manuellement mais peut traiter les essais en série récurrents de manière standardisée. Le personnel de laboratoire est ainsi soulagé et la comparabilité des résultats améliorée.
- Essai Charpy partiellement automatisé
Pour le modèle HIT450P, une variante partiellement automatisée est disponible. L’opérateur insère une par une les éprouvettes dans la thermostatisation. Les éprouvettes sont amenées à la température prescrite, temps d’arrêt inclus. Dès lors qu’une éprouvette est prête, l’opérateur est informé par un signal et déclenche chaque essai par une pression sur un bouton.
La fiabilité du processus est particulièrement importante : l’éprouvette quitte la thermostatisation et est testée dans l’intervalle requis. En parallèle, l’opérateur reste impliqué dans le processus mais réduit les interventions manuelles des étapes critiques. - Essai Charpy entièrement automatisé
Pour les moutons-pendules HIT450P et HIT750P, ZwickRoell propose une variante entièrement automatisée avec des magasins sous forme de tours. Pour les éprouvettes standards de 10 × 10 mm de section, une tour de magasin offre une capacité de 45 éprouvettes. Plusieurs tours de magasin peuvent être intégrées au système. Les éprouvettes sont installées dans le magasin, automatiquement acheminées dans la thermostatisation, mises en température, testées et transportées en dehors du système via une bande d’élimination en option.
Selon les besoins, il est également possible d’effectuer le tri des résidus d’éprouvettes, l’identification des éprouvettes à l’aide d’un code, l’expulsion des éprouvettes mal lues, la mesure des dimensions ou le nettoyage des butées après chaque essai. En cas de variation des hauteurs de pendule, IntelliDrive permet d’automatiser le réglage en hauteur du pendule.
Vous réalisez fréquemment des essais sur éprouvettes Charpy thermostatiques ou de grands volumes selon ASTM E23 ?
Les systèmes d’essai automatisés ZwickRoell normalisent la thermostatisation, l’alimentation, le positionnement et l’affectation des résultats. Ils permettent de réduire l’influence de l’opérateur, de garantir le respect de l’intervalle entre la thermostatisation et l’impact et de soulager le personnel de laboratoire lors d’essais en série récurrents.
Domaines d’application typiques de la norme ASTM E23
La norme ASTM E23 est appliquée pour tous les besoins d’évaluation du comportement des matériaux métalliques soumis à un impact.
Domaines d’application typiques :
- Assurance qualité dans la production de métal : les industries de l’acier, de la fonderie et les fabricants de matériaux métalliques testent la conformité des propriétés des matériaux avec les spécifications.
- Preuve des caractéristiques de matériaux auprès des clients : les résultats de l’essai de résilience peuvent être utilisés dans les fiches techniques, les certificats ou les processus de validation.
- Sélection des matériaux pour la construction et le développement : l’essai participe à la décision d’adéquation d’un matériau pour une application soumise à des contraintes et des températures définies.
- Détermination du comportement à la rupture friable : l’essai permet de classer la transition entre le comportement à la rupture friable et ductile, notamment en présence de températures basses.
- Comparaison des lots et des processus de fabrication : les valeurs d’essai peuvent indiquer une modification du comportement du matériau entre lots, traitements thermiques ou processus de fabrication.
- Environnement d’étalonnage et d’accréditation : les laboratoires d’essai et les organismes d’accréditation emploient la méthode permettant d’assurer les systèmes d’essai, les procédures et la comparabilité.
- Recherche et formation : l’essai ASTM E23 révèle les liens principaux entre l’impact de l’entaille, la température et le comportement à la rupture.
Des essais efficaces et traçables selon la norme ASTM E23 avec le logiciel d'essais testXpert
Le logiciel d’essai testXpert intervient dans les essais de flexion par choc sur éprouvette entaillée selon ASTM E23 pour lesquels les procédures reproductibles, les paramètres traçables et l’affectation fiable des résultats sont déterminants. Les paramètres d’essai peuvent être enregistrés dans les spécifications d’essai préparées afin de standardiser les procédures d’essai et de réduire les influences de l’utilisateur.
Le logiciel peut être utilisé sur le mouton-pendule comme solution autonome via un écran numérique ou relié à un PC. Pour les laboratoires à procédure simple, l’écran disponible directement sur l’appareil peut suffire. Pour les plus larges volumes de données, évaluations, protocoles ou connexions sur les systèmes existants, la connexion PC offre un confort supplémentaire.
L’utilisation fonctionnelle réside dans l’attribution univoque des résultats d’essai, des informations relatives aux éprouvettes et des paramètres d’essai. Dans les systèmes automatisés, le logiciel peut également fonctionner avec un lecteur de code d’identification, une mesure des dimensions, un processus de thermostatisation et une gestion des résultats. Cela permet de faciliter la documentation conforme aux normes, de réduire les erreurs de transmission et de contribuer aux résultats d’essais comparables pour l’ensemble des séries.
Questions fréquemment posées sur l’ASTM E23
L’essai selon ASTM E23 permet de déterminer l’énergie de choc et d’évaluer la résistance aux chocs des matériaux métalliques. Elle démontre la réaction d’un métal soumis à une contrainte de choc et s’il se comporte de manière ductile ou friable. L’essai s’avère particulièrement pertinent pour la détermination du comportement à la rupture friable et les comparaisons de matériaux à différentes températures.
L’énergie de choc consommée en joules incarne la mesure principale. En outre, le caractère de rupture, par exemple la proportion de rupture, peut être évalué. Cette évaluation est réalisée sur la surface de rupture.
Les principes d’essai sont similaires en de nombreux points, notamment pour les essais Charpy sur éprouvettes métalliques entaillées. L’une des différences notables est que la norme ASTM E23 couvre, outre les essais Charpy, les essais Izod. De plus, la vérification de l’appareil d’essai est comprise dans la norme ASTM E23, alors que la norme ISO 148 prévoit de la traiter dans d’autres parties de la norme.
Les éprouvettes non entaillées peuvent être techniquement testées à l’aide des dispositifs adaptés. Toutefois, selon cette classification, ils ne feraient pas partie de l’essai conforme à la norme ASTM E23.
Avec la méthode Charpy, l’éprouvette repose sur deux appuis et est frappée contre l’entaille. Avec la méthode Izod, l’éprouvette est serrée de manière unilatérale et frappée à la verticale. Les résultats des deux méthodes ne sont donc pas directement comparables.
Le choix dépend de la contrainte reproduite dans la suite de l’application. Charpy décrit une éprouvette soumise à une contrainte de flexion par choc. Izod décrit une éprouvette serrée de manière unilatérale. La méthode d’essai doit donc être en adéquation avec la problématique et le comportement du matériau.
Les éprouvettes standards Charpy présentent une longueur de 55 mm, une largeur de 10 mm et une épaisseur de 10 mm. L’entaille se situe au centre de l’éprouvette. Selon la méthode, les entailles en V, les entailles en U ou les entailles en trou de serrure sont utilisées.
Pour les entailles en V, la profondeur de l’entaille, le rayon de l’entaille et la largeur résiduelle au fond de l’entaille sont particulièrement importantes puisqu’elles déterminent la concentration des contraintes sur l’entaille. Pour les entailles en U, le rayon le plus important modifie le comportement à la rupture. Les formes d’entaille divergentes ne doivent donc pas être directement comparées entre elles.
Les éprouvettes standards Izod présentent une longueur de 75 mm, une largeur de 10 mm et une épaisseur de 10 mm. L’entaille se trouve en dehors du centre de l’éprouvette, à 28 mm de la tête de l’éprouvette.
Les éprouvettes Izod se distinguent des éprouvettes Charpy notamment par la position de l’entaille et le type de contrainte. L’éprouvette est serrée de manière unilatérale et ne repose pas sur deux appuis comme c’est le cas pour la méthode Charpy.
Ces différences sont déterminantes pour l’évaluation. Les résultats Charpy et Izod ne sont pas directement comparables en raison des différences liées au montage d’essai, à l’introduction de la force et à la mécanique de rupture.
L’entaille génère la concentration des contraintes à laquelle la rupture se produit. La profondeur de l’entaille, la forme de l’entaille, le rayon de l’entaille, la position et la qualité de la surface ont donc une influence directe sur l’énergie de choc mesurée et la course de rupture.
Si les éprouvettes standards ne peuvent pas être utilisées en raison du matériau, de la géométrie de composant ou de la quantité d’éprouvettes disponibles, il est possible d’avoir recours à de plus petites formes d’éprouvettes appelées éprouvettes sous-dimensionnées ou éprouvettes de petit format. Dans ces circonstances, des appuis spéciaux sont utilisés afin que la hauteur de l’éprouvette corresponde au pendule.
Les dimensions effectives de l’éprouvette doivent en outre être documentées et considérées lors de l’évaluation. Ces étapes doivent être particulièrement respectées dans la mesure où les éprouvettes de plus petite taille peuvent démontrer des absorptions d’énergie différentes des éprouvettes standards. Les résultats des éprouvettes standards et sous-dimensionnées ne doivent donc pas être comparés entre eux sans classification.
De nombreux métaux sont plus friables en présence de températures basses. C’est la raison pour laquelle les essais de résilience sur éprouvette entaillée sont fréquemment réalisés à différentes températures afin d’évaluer le comportement transitoire entre la rupture ductile et friable.
La température de l’éprouvette change lorsque l'intervalle jusqu’au prochain essai est trop long suite au prélèvement de la thermostatisation. Des dispersions peuvent en résulter, en particulier pour les essais réalisés en-dessous de la température ambiante ou proche de la température de transition.
Les essais Izod sont généralement réalisés à température ambiante. En effet, de par le montage d’essai, l’éprouvette est serrée de manière unilatérale et le serrage de l’éprouvette fait souvent partie du mouton-pendule. L’environnement de serrage n’est donc pas mis en température de manière analogue aux éprouvettes Charpy.
La méthode Charpy est donc, dans de nombreux cas, la plus adaptée aux essais de résilience à température contrôlée. Elle permet de mettre l’éprouvette en température, de procéder à une insertion rapide et de réaliser l’essai dans l’intervalle requis.
Le pendule doit correspondre à la consommation d’énergie attendue. La norme ASTM E23 fonctionne avec une limite supérieure de 80 % de la capacité du pendule et une limite inférieure dépendant de la résolution de mesure (25 x la plus haute résolution du dispositif ; pour une résolution de notre affichage numérique de 0,1 joule, la limite inférieure correspond à 2,5 joules). Une plage de mesure inadaptée peut entraver la pertinence des résultats.
Oui. Le modèle HIT50P (50 joules) peut représenter une solution adaptée pour les plages d’énergie plus basses, en particulier en présence d’énergies de choc basses uniquement ou en cas d’espace disponible restreint dans le laboratoire. Ce petit mouton-pendule n’est pas adapté aux essais selon ISO 148 puisque la vitesse d’impact requise par la norme n’est pas atteinte.
Les solutions d’automatisation roboTest I de ZwickRoell mises à disposition sont conçues pour les essais Charpy sur éprouvettes métalliques. Elles combinent alimentation en éprouvettes, thermostatisation, temps d’arrêt, positionnement et essai. Selon le système, les procédures partiellement ou entièrement automatiques sont possibles.
Le logiciel d’essai testXpert intervient dans les spécifications d’essai standardisées, les paramètres d’essai traçables, l’affectation des résultats et la documentation. Pour les systèmes automatisés, des fonctions supplémentaires telles que la reconnaissance du code d’identification, la mesure des dimensions et la gestion des résultats peuvent être intégrées.
