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- Taille et forme de l’échantillon
- Procédure d’essai de traction
- Influence de la Vitesse d’essai
- Influence de l’Équipement d’essai de traction
L’essai de traction caractérise le comportement de formage et de structure de la feuille métaux. L’essai consiste à charger un échantillon avec une forme bien définie le long de l’axe en tension, généralement à la rupture, et à enregistrer la charge et le déplacement résultants pour calculer plusieurs propriétés mécaniques. Les normes mondialesI-7, A-24, D-19, J-15 prescrivent les conditions dans lesquelles les essais doivent avoir lieu.
Taille et forme de l’échantillon
Les échantillons grandeur nature destinés à l’essai de traction des tôles métalliques ont une section rectangulaire sur les bords pour être saisis par la machine d’essai. La réduction de la largeur dans la zone centrale favorise la fracture dans la région surveillée. Ces caractéristiques géométriques donnent une forme d’échantillon qui ressemble à un os de chien, ce qui conduit à un terme descriptif appliqué aux échantillons d’essai.
Les dimensions des échantillons de dogbone sont associées à la norme d’essai de traction à partir de laquelle elles s’appliquent. ISO I, II et III (décrits dans la citation I-7) correspondent respectivement aux formes ASTMA-24, DIND-19 et JISJ-15. La figure 1 montre les formes des os de chien, en soulignant les dimensions critiques de la largeur et de la longueur de la jauge. Reportez-vous aux normes d’essai pour les autres dimensions, tolérances et autres exigences.
Figure 1: Formes d’échantillons de traction en taille réelle pour les normes ISO I (ASTM), ISO II (DIN) et ISO III (JIS).I-7, A-24, D-19, J-15
Des différences significatives existent dans la largeur et la longueur de jauge de ces formes de barres de traction. Bien que les barres ASTM et JIS aient une longueur de jauge similaire, la largeur de la barre JIS est deux fois supérieure à celle de la barre ASTM. Les barres ASTM et DIN ont un rapport longueur / largeur de calibre 4: 1, où la barre JIS a un rapport 2: 1.
Ces différences de forme signifient que l’allongement calculé change en fonction de l’étalon de l’échantillon utilisé, même lors de l’essai d’un matériau identique. Avec la combinaison de la longueur de jauge la plus courte et de l’échantillon le plus large, l’allongement des barres JIS est généralement plus élevé que ce qui serait généré à partir des autres formes.
La limite d’élasticité et la résistance à la traction ne sont pas fonction de la forme de la barre de traction. La force est définie comme la charge divisée par la section transversale. Même si chacune des barres spécifie une largeur d’échantillon différente (et donc une section transversale différente), la charge est normalisée par cette valeur, ce qui annule les différences par rapport à la forme de l’échantillon.
Le cisaillement ou le poinçonnage pendant la préparation de l’échantillon peuvent durcir les bords de la barre de traction, ce qui peut conduire à générer une représentation inexacte des propriétés mécaniques de la tôle. Les normes d’essai nécessitent un usinage ultérieur ou d’autres méthodes pour éliminer les dommages aux bords créés lors de la préparation de l’échantillon. Le broyage ou le broyage des échantillons d’os de chien minimise les effets que la préparation de l’échantillon peut avoir sur les résultats.
Procédure d’essai de traction
La longueur de jauge est la longueur de référence utilisée dans les calculs d’allongement. Selon la norme d’essai, la longueur de la jauge est de 2 pouces, 80 mm ou 50 mm. La multiplication de la largeur et de l’épaisseur dans la longueur de la jauge détermine la section transversale initiale avant l’essai.
Les poignées serrent fermement les bords de l’échantillon aux extrémités opposées. Au fur et à mesure que l’essai progresse, les poignées s’éloignent l’une de l’autre à une vitesse prescrite ou en réponse à la charge de retenue. Une cellule de charge dans les poignées ou le cadre de charge surveille la force. Un extensomètre suit le déplacement dans la longueur de la jauge. Les échantillons sont généralement testés jusqu’à la rupture.
Pendant l’essai de traction, la largeur et l’épaisseur de l’échantillon se rétrécissent à mesure que la longueur de l’échantillon d’essai augmente. Cependant, ces changements dimensionnels ne sont pas pris en compte pour déterminer la contrainte technique, qui est déterminée en divisant la charge à tout moment pendant l’essai par la section transversale de départ. La contrainte technique est l’augmentation de la longueur dans la longueur de la jauge par rapport à la longueur de la jauge de départ. (L’intégration des changements dimensionnels survenant pendant les tests nécessite de calculer la contrainte et la contrainte réelles. Les différences entre l’ingénierie et la contrainte/contrainte réelle sont couvertes ailleurs (lien hypertexte vers 2.3.2.1 – Ingénierie /Contrainte réelle)
Un graphique montrant la contrainte sur l’axe vertical et la contrainte sur l’axe horizontal est la courbe de contrainte-contrainte d’ingénierie familière, figure 2. À partir de la courbe contrainte-déformation, de nombreux paramètres importants pour le formage des tôles apparaissent, notamment:
- Module élastique (également appelé Module de Young)
- Limite d’élasticité
- Résistance à la traction
- Allongement total
- Allongement uniforme
- Exposant de Durcissement par déformation (également appelé Valeur n)
Figure 2: Courbe de contrainte-déformation technique à partir de laquelle les propriétés mécaniques sont dérivées.
Influence de la vitesse d’essai
Les essais de traction classiques sont effectués à des vitesses de déformation suffisamment lentes pour être qualifiées de « quasi statiques. »Ces taux sont plusieurs ordres de grandeur plus lents que les taux de déformation lors de l’estampage, qui sont eux-mêmes plusieurs ordres de grandeur plus lents que ce qui se produit lors d’un accident.
Les courbes Contrainte-déformation changent avec la vitesse d’essai, devenant généralement plus fortes à mesure que la vitesse augmente. L’ampleur de ces changements varie selon le grade. Il existe des défis importants lorsqu’on tente de caractériser la réponse en traction à des taux de déformation plus élevés. L’amélioration de l’équipement et des capacités de collecte de données fait partie des améliorations requises.
Influence de l’équipement d’essai de traction
Les aciers avancés à haute résistance (AHSS) peuvent remettre en question les équipements d’essai plus anciens. La réponse de charge et de déplacement doit refléter uniquement les contributions de la tôle et ne pas être influencée par le cadre de charge et les autres équipements d’essai. De la même manière que les couronnes de presse insuffisamment rigides se dévient lors de l’estampage de pièces AHSS, les cadres de charge d’essai de traction peuvent se dévier de la même manière, ce qui entraîne des inexactitudes dans les mesures de déplacement de charge.
La force de préhension devient également critique lors du test des échantillons AHSS. La haute résistance des tôles nécessite plus de pression de préhension pour empêcher le glissement de l’échantillon à travers les poignées. Les poignées pneumatiques et même certaines poignées mécaniques peuvent ne pas générer la pression nécessaire. Des poignées actionnées hydrauliquement peuvent être nécessaires à mesure que la résistance augmente.