ASTM E23 : Essai d'impact sur métal

Introduction à l'ASTM E23

L'ASTM E23 est une norme mondiale développée par ASTM International pour mesurer la résistance à l'impact des métaux et des alliages. La norme ASTM E23 relative aux essais de résilience Charpy ou Izod spécifie les procédures, les appareils et les tailles d'échantillons nécessaires pour déterminer le comportement d'un matériau en cas de charge soudaine ou de situation d'impact.

L'essai d'impact quantifie la ténacité d'un métal, ou sa capacité à absorber l'énergie et à résister à la rupture sous l'effet d'un impact. Il s'agit d'une caractéristique précieuse des matériaux, utilisée pour évaluer leur performance dans des conditions réelles telles que des impacts, des chutes ou d'autres accidents de déformation. La fragilité d'un métal sous l'effet d'un impact peut le rendre impropre aux applications structurelles, automobiles, aérospatiales ou de machinerie lourde, ce qui fait de l'ASTM E23 un aspect vital de la caractérisation des matériaux.

Avantages de l'ASTM E23

L'ASTM E23 possède plusieurs avantages qui lui ont permis de devenir la norme dans le domaine de la métallurgie et de l'ingénierie :

1. normalisation : La norme stipule des tailles d'échantillons, des géométries d'entailles et des procédures d'essai précises, ce qui permet une cohérence et une reproductibilité des résultats entre les laboratoires du monde entier.

2. polyvalence : Elle s'applique largement à une variété de métaux et d'alliages tels que les aciers, les alliages d'aluminium, les alliages de cuivre et les matériaux spéciaux.

3. Sélection des matériaux : Les essais de résilience permettent aux ingénieurs de choisir le bon métal avec le degré de sécurité et de performance requis, en particulier dans les applications critiques pour la sécurité telles que les appareils à pression, les ponts et les composants automobiles.

4. Fiabilité et sécurité : Les essais de résilience permettent d'éliminer les matériaux fragiles ou à rupture brutale, évitant ainsi les défaillances dans des circonstances catastrophiques en service.

5. Données de conception et de simulation : L'énergie absorbée mesurée sert de données d'entrée pour la modélisation des calculs ainsi que pour les simulations structurelles.

Exemple : Pour la conception de la structure de soutien du pont, l'essai ASTM E23 des échantillons d'acier permet de déterminer si l'alliage choisi possède la capacité de résister à l'impact d'une force soudaine provenant de forces naturelles, par exemple la chute d'un matériau ou un accident de voiture, de sorte que la structure reste sûre dans des conditions défavorables.

Procédure de l'ASTM E23

La norme ASTM E23 prescrit un processus étape par étape pour obtenir une mesure précise et reproductible de la résistance aux chocs. Les principales étapes sont les suivantes

1. Préparation de l'échantillon :

Les échantillons typiques sont des barres rectangulaires comportant une entaille usinée, généralement en forme de V ou de U. Les dimensions, la profondeur et la forme de l'entaille sont déterminées par le fabricant.

Les dimensions, la profondeur de l'entaille et l'alignement sont contrôlés avec précision afin de réduire la variabilité.

2. l'appareil d'essai :

L'échantillon est placé dans un appareil d'essai d'impact à pendule, un appareil qui frappe l'échantillon avec une masse connue à une vitesse connue.

Le pendule est libéré d'une hauteur connue et transmet de l'énergie à l'échantillon lorsqu'il le frappe.

3. Réalisation de l'essai de choc

Le pendule frappe l'échantillon au niveau de l'encoche et celui-ci se brise.

L'énergie absorbée par l'échantillon est mesurée, généralement en pieds-livres (ft-lb) ou en joules (J).

4.Interprétation des données :

L'énergie absorbée est une mesure de la ténacité du matériau. Une plus grande absorption d'énergie indique un métal ductile et sa capacité à résister aux ruptures fragiles, et une moindre absorption d'énergie indique une fragilité.

Les surfaces de rupture sont généralement examinées pour déterminer si la rupture est ductile ou fragile.

5.Communication des résultats :

La norme ASTM E23 stipule comment la température de l'essai, l'énergie absorbée, le type d'entaille et la taille de l'échantillon doivent être rapportés, ce qui fait du rapport des résultats un excellent outil de communication.

Exemple de cas : Les alliages d'acier utilisés sur les plates-formes offshore sont soumis à des essais à des températures inférieures à zéro conformément à la norme ASTM E23. Cette norme fournit la température de transition entre la ductilité et la fragilité, ce qui est essentiel pour garantir la sécurité dans les eaux océaniques froides.

Applications de l'ASTM E23 dans les métaux et alliages

L'ASTM E23 est utilisée dans de nombreux secteurs pour valider les performances des matériaux sous charge d'impact :

-Construction : Les aciers de construction sont soumis à des essais de ténacité pour résister aux charges d'impact dues à des chocs accidentels ou à la chute d'objets.

-Automobile : Les composants du moteur, les unités de châssis et les structures d'impact sont soumis à des essais d'impact afin d'améliorer la résistance aux chocs et la sécurité des occupants.

-Aérospatiale : Les alliages utilisés dans l'aéronautique sont soumis à des tests de résistance à basse température afin de supporter les conditions d'utilisation difficiles.

-Pétrole et gaz : les essais sur les aciers pour pipelines et les cuves sous pression permettent d'éviter les ruptures fragiles dans les applications à haute pression.

-Contrôle de la qualité : Les fabricants appliquent la norme ASTM E23 pour vérifier la cohérence des lots et confirmer que les matériaux sont conformes aux spécifications avant leur expédition.

Exemple de données : Un échantillon d'acier 4140 testé à -20°C peut absorber 25 J d'énergie et présenter des propriétés ductiles pour une application structurelle dans les climats froids, alors qu'un alliage d'acier 4340 n'absorbe que 10 J dans les mêmes conditions d'essai, ce qui présente un risque plus élevé de rupture fragile.

Différents types de techniques d'essai d'impact

L'ASTM E23 propose différentes techniques pour répondre à différentes exigences d'évaluation :

1. Essai d'impact Charpy:

Méthode la plus courante, avec une barre supportée horizontalement avec une encoche dans la direction du pendule.

Il teste l'énergie absorbée lors de la rupture, ce qui permet de mesurer directement la ténacité.

2. essai d'impact Izod :

L'échantillon est soutenu verticalement et le pendule frappe l'une de ses extrémités.

Moins utilisé pour les métaux, il peut être appliqué aux plastiques et aux alliages polymères-métaux.

3. l'essai de température spécifique :

Les échantillons sont préconditionnés à des températures variables, généralement inférieures au point de congélation, afin de déterminer la température de transition entre la ductilité et la fragilité (DBTT).

Nécessaire pour l'utilisation de matériaux à des températures arctiques ou cryogéniques.

4. Essai au pendule instrumenté :

Un équipement avancé est utilisé pour mesurer la force en fonction du temps lors de l'impact, et des données plus quantitatives sur la mécanique des fractures sont produites, par exemple l'énergie d'initiation, l'énergie de propagation.

Conclusion

L'ASTM E23 est une méthode normalisée reproductible pour tester la résistance à l'impact des métaux et des alliages. En apprenant comment les métaux conservent l'énergie lors d'une charge imprévue, les fabricants et les ingénieurs sont en mesure de sélectionner les matériaux qui ne se briseront pas de manière fragile, qui offrent une sécurité maximale et qui maximisent le plus efficacement possible la durée de vie du produit. Qu'il s'agisse d'applications dans l'automobile, la construction, l'aérospatiale ou le secteur pétrolier et gazier, l'ASTM E23 reste un outil important pour fournir des matériaux conformes à des niveaux de performance élevés. En combinant des procédures précises, des rapports minutieux et des techniques expérimentées, l'ASTM E23 continue d'éduquer les ingénieurs à concevoir des composants métalliques plus sûrs et plus durables.