ISO 148-1 : Essai de flexion par choc sur éprouvettes métalliques avec entaille selon Charpy
L’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée selon ISO 148 permet de déterminer l’énergie de choc et le comportement à la rupture friable des matériaux métalliques. Le comportement est particulièrement important pour les applications dont les matériaux doivent absorber les contraintes de choc et d’impact en tout sécurité. Il est utilisé pour l’assurance qualité, le développement des matériaux, le contrôle de fabrication et l’accréditation.
En pratique, les dispersions résultent souvent d’une imprécision en termes de dimensions d’éprouvette, de qualité d’entaille, d’écarts de température ou d’influence de l’opérateur. ZwickRoell met à disposition des moutons-pendules, des aides à la mise en place et des solutions de thermostatisation adaptés, le logiciel d’essai testXpert et des options d’automatisation.
La méthode d'essai est également décrite et définie par la norme ASTM E23. La norme ISO est également une norme européenne, identique dans les termes (EN ISO 148-1).
Sources d’erreur fréquentes Réalisation de l’essai Possibilités d’automatisation FAQ sur la norme Demander conseil
ISO 148-1 : les points essentiels
- La norme ISO 148-1 décrit l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy sur éprouvettes métalliques entaillées avec entaille en V ou en U et permet de déterminer l’énergie de choc(résilience) et la résistance aux chocs.
- L’essai révèle si un métal réagit de manière ductile ou friable ; la transition ductile/friable peut également être calculée en fonction de la température.
- En pratique, les principales sources d’erreur proviennent des dimensions d’éprouvette, des profondeurs d’entaille, de la position de l’entaille, de la qualité de la surface, de la position inappropriée de l’éprouvette et d’un contrôle insuffisant de la thermostatisation.
- Les essais à température contrôlée sont exigeants en raison de la nécessité de contrôler l’éprouvette quelques secondes après son prélèvement de la thermostatisation.
- La taille de pendule adéquate, la vitesse d’impact conforme, la butée calibrée et les pertes compensées de résistance au frottement et à l’air sont déterminantes pour l’obtention de résultats comparables.
- ZwickRoell propose des moutons-pendules, des étaux de choc Charpy, des aides à la mise en place, des solutions de thermostatisation et une automatisation adaptés aux essais selon ISO 148.
- Le logiciel d’essai testXpert prend en charge les procédures d’essai standardisées, le paramétrage sécurisé, la documentation traçable et l’intégration des données d’essai aux processus de laboratoire.
ISO 148-1 en pratique : les sources d’erreurs fréquentes et leur influence sur les résultats
Dans la pratique, la qualité de l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée ne dépend pas seulement du mouton-pendule. Les dispersions apparaissent généralement avant l’impact : lors de la fabrication de l’éprouvette, lors de la thermostatisation ou lors de l’insertion manuelle. Ces étapes déterminent précisément la comparabilité, la reproductibilité et la fiabilité des résultats.
Sources d’erreur potentielles aux étapes suivantes :
Fabrication des éprouvettes et qualité des éprouvettes Insertion et alignement Influence de la température Système d’essai
Fabrication des éprouvettes et qualité des éprouvettes
Sources d’erreur typiques :
- Dimensions non conformes de l’éprouvette : les éprouvettes standards Charpy présentent des dimensions de 10 × 10 × 55 mm. Tout écart modifie le comportement à la rupture et complique la comparaison aux valeurs de référence.
- Entaille défectueuse ou irrégulière : la profondeur d’entaille et le rayon d’entaille ont une influence considérable sur l’énergie mesurée. Une entaille inférieure peut provoquer des énergies de choc plus importantes et une entaille supérieure des valeurs plus basses.
- Entaille non centrée : lors de l’essai Charpy, l’entaille doit être centrée afin que le marteau pendulaire frappe de manière définie du côté opposé.
- Confusion des entailles en V et en U : en raison de leurs différences géométriques, les entailles en V et en U ne permettent pas d’obtenir des résultats comparables.
- Défauts de surface et rainures : les détériorations ou les rainures peuvent influencer l’élargissement des fissures, voire endommager les butées.
- Hétérogénéité matérielle ou erreur de lot :les divergences d’état matériel ont un impact direct sur la résilience et la proportion de rupture friable.
Insertion et alignement de l’éprouvette
L’éprouvette doit être centrée et bien alignée dans l’étau de choc. Si elle n’est pas centrée, le pendule ne tombe pas précisément du côté opposé à l’entaille. La contrainte de flexion est alors modifiée et peut engendrer la falsification ou la dispersion des résultats.
Guidage thermique et intervalle
Les essais à température contrôlée selon ISO 148 sont particulièrement critiques, le comportement à la rupture des matériaux métalliques pouvant considérablement varier avec la température. De nombreux métaux se rompent de manière plus friable en présence de températures basses. C’est pourquoi l’éprouvette doit présenter la température d’essai requise au moment de la rupture.
Aperçu des données critiques :
- Thermostatisation homogène de l’éprouvette : l’éprouvette doit être entièrement tempérée (et pas uniquement sa surface).
- Transfert rapide vers l’éprouvette :le temps écoulé entre le prélèvement de la thermostatisation et l’impact du pendule, en passant par l’insertion dans l’étau de choc ne doit pas excéder 5 secondes.
- Perte de température due à la manutention :la température ambiante, la manipulation et les outils non thermostatiques peuvent modifier la température des éprouvettes.
- Pince refroidie :lors des essais à basses températures, la pince doit également être refroidie afin de ne pas chauffer l’éprouvette au moment de sa préhension.
- Insertion reproductible :en cas de délais serrés, le risque de centrage imprécis et de mauvais alignement augmente.
En cas de dépassement de l’intervalle indiqué, l’essai à température définie n’est plus garanti et peut entraîner des dispersions et entraver la comparabilité des résultats.
Mouton-pendule, capacité du pendule et vitesse d’impact
Le système d’essai doit lui-même être conforme à la norme et à la tâche d’essai :
- La norme ISO 148 requiert une vitesse d’impact comprise entre 5 et 5,5 m/s.
- L’angle de déclenchement et le marteau pendulaire influencent la vitesse d’impact et ainsi la comparabilité des résultats.
- Les butéess’usent au fil des essais et doivent être régulièrement contrôlées et nettoyées, pivotées ou remplacées au besoin.
Vous souhaitez améliorer la sécurité, la reproductibilité et l’efficacité des essais selon la norme ISO 148 ?
Nous vous accompagnons dans vos choix : mouton-pendule, étau de choc, thermostatisation, logiciel et degré d’automatisation, afin qu’ils correspondent au matériau, au volume d’éprouvettes, à la température d’essai et à l’exigence normative.
Réalisation de l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée selon ISO 148-1 avec ZwickRoell
Étapes d’essai critiques et solutions ZwickRoell expliquées en détail :
Positionnement de l’éprouvette Thermostatisation Choix du mouton-pendule Choix de l’étau de choc Pertes d’énergie Possibilités d’automatisation
Déroulement de l’essai :
Pour l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy selon ISO 148, une éprouvette métallique entaillée est posée sur deux appuis, puis cassée brutalement à l’aide d’un marteau pendulaire. L’entaille est alors centrée et l’impact est réalisé du côté opposé.
Avant l’essai, la géométrie des éprouvettes, le type d’entaille, la profondeur d’entaille, l’état de la surface et au besoin, la température d’essai sont préparés et contrôlés. Pour les essais à température contrôlée, l’éprouvette doit être tempérée de manière homogène et insérée et testée dans les 5 secondes suivant le prélèvement.
La résilience est déterminée en joules à partir de la différence entre la hauteur de chute et la hauteur de remontée. En outre, la proportion de rupture friable sur la surface de rupture peut être évaluée manuellement ou visuellement. Les résultats servent à réaliser la comparaison des matériaux, le contrôle qualité et l’évaluation du comportement des matériaux soumis à un impact.
Positionnement précis des éprouvettes
Le centrage de l’éprouvette est primordial pour l’obtention de résultats reproductibles. De simples écarts d’emplacement modifient le point d’impact du marteau pendulaire et ainsi la contrainte locale. Les pinces, butées ou aides au centrage facilitent l’insertion rapide et reproductible et réduisent les écarts induits par le positionnement manuel.
Lors des essais de choc automatisés, le système d’essai assure le positionnement de l’éprouvette afin que celle-ci soit placée dans la même position à chaque essai. Des conditions d’essai constantes et la base de résultats comparables et reproductibles sont ainsi assurées.
Étalonnage sûr de la température
Sur les éprouvettes tempérées, il peut s’écouler 5 secondes maximum entre le prélèvement de l’éprouvette et l’impact du marteau pendulaire. Dans cet intervalle, l’éprouvette doit être insérée correctement, la porte de protection fermée et l’essai réalisé. Des mouvements rapides, des aides à la mise en place et un bouton de démarrage à portée de main permettent de réaliser le processus manuellement.
L’automatisation permet d’améliorer la fiabilité du processus : elle place l’éprouvette de manière reproductible en position d’essai, réduit l’influence de l’opérateur et assure le respect de l’intervalle, en particulier en présence d’un grand nombre d’éprouvettes.
Choix du marteau pendulaire
Pour les essais selon ISO 148, ZwickRoell inclut les moutons-pendules HIT300P, HIT450P et HIT750P à son programme d’essai. L’adéquation du pendule à l’énergie de choc attendue et le respect des exigences de la norme sont décisifs. La norme ISO 148-1 détermine la limite supérieure à 80 % de la capacité du pendule mais pas de limite inférieure. Un dispositif HIT450P muni d’un marteau pendulaire de 450 joules permet de réaliser des essais sur une plage comprise entre 0 et 360 joules.
Choix de l’étau de choc
Pour les moutons-pendules HIT300P et HIT450P, ZwickRoell met à disposition deux variantes d’étau de choc : l’étau de choc Charpy et l’étau de choc universel.
L’étau de choc Charpy est spécialement adapté aux essais Charpy. Il dispose de butées pivotantes et intervertibles latéralement. Les butées peuvent ainsi être utilisées 4 fois avant d’être remplacées, ce qui contribue à réduire le besoin en pièces d’usure au laboratoire.
L’étau de choc universel offre une flexibilité supplémentaire selon les types d’essai. Il peut être modifié au besoin, notamment pour les essais Izod ou encore les essais de choc-traction. Il est ainsi particulièrement adapté aux laboratoires dans lesquels différentes méthodes d’essai sont réalisées à l’aide d’un mouton-pendule.
Sur le mouton-pendule HIT750P, les appuis et les butées sont directement montés dans l’appareil, ce qui permet de renoncer à l’utilisation d’un étau de choc distinct. Il convient particulièrement aux essais Charpy mais également aux essais de choc-traction.
Prise en compte des pertes d’énergie
Le frottement et la résistance à l’air sont habituels sur les moutons-pendules. Les dispositifs ZwickRoell permettent de déterminer ces influences afin de les compenser sur une conception inchangée, pour une attribution plus précise de l’absorption d’énergie vers l’éprouvette au lieu du système d’essai.
Essais de flexion par choc automatisés sur éprouvette entaillée conformément à la norme ISO 148-1
L’automatisation est particulièrement pertinente pour la norme ISO 148 en présence d’un grand nombre d’éprouvettes, en cas d’essais réalisés à différentes températures ou pour réduire l’influence de l’opérateur. Les systèmes d’essais automatisés respectent systématiquement l’intervalle maximal de 5 secondes entre le prélèvement de la thermostatisation et l’impact du pendule.
Le système d’essai automatisé roboTest I réalise automatiquement des essais sur jusqu’à 450 éprouvettes métalliques entaillées à des températures comprises entre -180 °C et +300 °C.
ZwickRoell met à disposition différentes variantes adaptées à chaque mouton-pendule :
- Le modèle HIT450P dispose d’une variante partiellement automatisée avec laquelle l’opérateur met en température les éprouvettes, ce qui déclenche l’essai de manière contrôlée.
- Pour le modèle HIT750P, des solutions partiellement et totalement automatisées sont disponibles. Dans la version entièrement automatisée, l’utilisateur est exclusivement chargé de remplir le magasin. Les éprouvettes sont chargées au démarrage du système puis tempérées, testées après un temps d’arrêt défini et enfin transportées à l’extérieur de la zone d’essai à l’aide d’une bande d’élimination disponible en option.
La saisie et le contrôle s'effectuent via le logiciel d'automatistion autoEdition3 utilisé sur tous les systèmes d'essai robotisés.
D’autres options sont disponibles au besoin :
- Lecteur de code d’identification pour l’affectation de l’éprouvette, du lot, du créneau de production et du résultat
- Mesure optionnelle des dimensions, en particulier profondeur d’entaille ou hauteur résiduelle
- Magasin avec une capacité jusqu’à 600 éprouvettes
- Support d’éprouvette Poka Yoke orienté sur le bon alignement d’entaille
- Nettoyage de la butée après l’essai
- IntelliDrive pour le réglage en hauteur automatisé du pendule en cas de conditions d’essais changeantes
- Plage de température élargie jusqu’à +600 °C
- Bande d’élimination et tri optionnel des résidus d’éprouvettes
Ainsi, l’automatisation ne convient pas seulement aux essais à température contrôlée mais également aux laboratoires avec un débit éprouvette élevé et des déroulements d’essais standardisés.
Domaines d’application typiques de l’ISO 148-1
La norme ISO 148 s’applique dans toutes les situations exigeant la détermination du comportement des matériaux métalliques soumis à un impact, à des températures basses ou à une transition friable/ductile.
Cas d’utilisation types :
- Assurance qualité des matériaux métalliques : prouver que les spécifications matérielles sont respectées et que les résultats d’essai restent comparables.
- Industries de l’acier et de la fonderie : détermination des caractéristiques de matériaux pour les fiches techniques, validations clients et contrôles qualité.
- Développement des matériaux et construction : choix de matériaux adaptés aux composants nécessitant une sécurité d’utilisation à des températures ambiantes définies.
- Détermination du comportement à la rupture friable : étude de la température à partir de laquelle un matériau casse de manière plus friable ou ductile.
- Organismes d’étalonnage et d’accréditation : contrôle des dispositifs, processus d’essai et laboratoires.
- Recherche, formation et universités : détermination des méthodes d’essai de matériaux fondamentales et étude du comportement à la rupture des matériaux métalliques.
ISO 148-1 avec logiciel d'essai testXpert
Le logiciel d’essai testXpert prend en charge les essais selon la norme ISO 148 grâce à des déroulements d’essais prédéfinis, des réglages par défaut et une documentation traçable avec des programmes d’essai standards et maîtres. Selon la conception, testXpert peut être utilisé directement sur le dispositif via un écran numérique ou une connexion PC. La connexion PC est particulièrement pertinente si les résultats sont documentés de manière plus exhaustive, traités ultérieurement ou transférés dans les structures de données existantes.
Utilisation fonctionnelle pour les laboratoires :
- Influence de l’opérateur réduite au moyen de procédures d’essai standardisées
- Enregistrement traçable des paramètres d’essais et des résultats
- Évaluation cohérente des essais récurrents
- Meilleure documentation pour l’accréditation AQ et les témoignages clients
- Compatibilité avec les processus numériques de laboratoire et de gestion des données
Questions fréquemment posées sur la norme ISO 148
La norme ISO 148 décrit l’essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy sur éprouvettes métalliques entaillées. L’essai permet de déterminer l’énergie de choc absorbée par le matériau et d’évaluer le comportement à la rupture, notamment la proportion friable ou ductile.
L’énergie de choc consommée (résilience) en joules est la valeur caractéristique principale. En outre, la proportion de rupture friable peut être évaluée au moyen de la surface de rupture. Dans la pratique et selon l’interview, cette proportion est évaluée de manière manuelle ou visuelle au moyen de la surface de rupture.
Les causes typiques sont les suivantes : dimensions non conformes de l’éprouvette, entailles défectueuses, position de l’entaille non centrée, défaut de surface, mise en place défectueuse de l’éprouvette, thermostatisation insuffisante, dépassement de l’intervalle entre la thermostatisation et l’impact et moyen d’essai configuré de manière inadéquate ou étalonné de manière incorrecte.
Les essais selon ISO 148 peuvent être réalisés avec les moutons-pendules HIT300P, HIT450P et HIT750P de ZwickRoell.
Non. Le mouton-pendule HIT50P est incapable d’atteindre la vitesse d’impact comprise entre 5 et 5,5 m/s exigée par la norme ISO 148.
Non, pas nécessairement. La norme ISO 148 fixe une limite supérieure : L’énergie de choc consommée ne doit pas dépasser 80 % de la capacité du pendule. La norme ne définit pas de limite inférieure.
Le dispositif HIT450P avec une capacité de pendule de 450 J permet de réaliser des essais avec des énergies de choc comprises entre 0 et 360 J.
Pour les énergies de choc très faibles, il convient de considérer la friction calculée. Si l’énergie de friction est conforme ou supérieure à l’ordre de grandeur de l’énergie de choc mesurée sur l’éprouvette, cela peut entraver la pertinence du résultat. Dans ce cas de figure, il convient d’utiliser un plus petit marteau pendule.
Si la même géométrie d’éprouvette est utilisée, un plus grand pendule est requis. Des éprouvettes sous-dimensionnées avec une épaisseur réduite peuvent éventuellement être utilisées, p. ex. 7,5 mm, 5 mm ou 2,5 mm. Des plaquettes permettant au pendule de frapper au centre de l’éprouvette sont disponibles pour ces épaisseurs.
Les matériaux métalliques se cassent plus facilement en présence de températures basses. C’est pourquoi il convient de tempérer entièrement l’éprouvette et de la tester très rapidement après son prélèvement de la thermostatisation. La norme ISO 148 indique un intervalle compris entre 5 et 10 secondes, en fonction de la différence de température avec l’environnement.
Les entailles en V et en U présentent des géométries différentes et exercent une autre concentration des contraintes au niveau de l’entaille, ce qui provoque des variations dans les résultats de mesure.
L’automatisation est notamment rentable en présence d’essais à température contrôlée, d’intervalle réduit, de débits éprouvette élevés ou de nécessité de réduire l’influence de l’opérateur. Elle garantit des processus uniformes, une insertion reproductible et le respect de l’intervalle entre la thermostatisation et l’impact.
