ASTM E399 : Évaluation de la ténacité des métaux et des alliages

Qu'est-ce que la ténacité à la rupture ?

Laténacité à la rupture fait référence à la capacité d'un matériau à résister à l'extension de fissures préexistantes. Contrairement à la simple résistance à la traction, qui détermine la force nécessaire pour déformer un matériau, la ténacité à la rupture concerne la réaction du matériau lorsqu'il contient déjà un défaut ou une fissure.

En pratique, une ténacité élevée à la rupture permet aux métaux et aux alliages de résister aux contraintes de fonctionnement sans subir de défaillance de nature catastrophique. Cette propriété revêt une importance particulière dans les applications structurelles où une défaillance aurait des conséquences importantes, comme dans les avions, les ponts ou les réservoirs sous pression. Une faible ténacité à la rupture, en revanche, rend les matériaux sujets à une rupture fragile, qui peut se produire soudainement et avec peu ou pas de déformation préalable.

Qu'est-ce que l'ASTM E399 ?

But et objectifs

L'ASTM E399 vise à déterminer la ténacité à la rupture interplanaire (K_IC) des métaux. Les conditions de déformation en plan sont obtenues en utilisant des échantillons épais de sorte qu'à la pointe de la fissure, la condition de contrainte contrôlée par la tension existe et non la condition contrôlée par la flexion. La norme fournit des résultats reproductibles et comparables nécessaires à la conception, à la sélection des matériaux et au contrôle de la qualité.

Procédure d'essai

Le test ASTM E399 nécessite quelques étapes critiques pour atteindre la reproductibilité et la précision :

1. Préparation des échantillons :

Les échantillons sont usinés aux dimensions souhaitées et une pré-fissure de fatigue est créée. Cela permet de garantir la reproductibilité de l'amorçage des fissures et de la répartition des contraintes avec uniformité.

2. Chargement :

L'échantillon est soumis à une charge dans un dispositif d'essai mécanique et soumis à une charge contrôlée et croissante. L'essai est généralement effectué dans des conditions de contrôle du déplacement, de sorte que l'amorce de fissure puisse être détectée avec précision.

3. Mesure et calcul :

Lorsque la fissure commence à se propager, la charge critique est enregistrée. La ténacité à la rupture en déformation plane (K_IC) est calculée à partir de la charge appliquée et de la géométrie de l'échantillon à l'aide d'équations standard.

Applications dans les métaux et les alliages

L'ASTM E399 a de nombreuses applications dans les secteurs des métaux où les composants métalliques doivent résister à la propagation des fissures lorsqu'ils sont soumis à des contraintes. Il s'agit notamment des secteurs suivants

- l 'aérospatiale: Réalisation d'essais sur la résistance à la rupture des pales de turbine, du fuselage et des matériaux du train d'atterrissage.

- L'automobile: Réalisation d'essais de ténacité sur des blocs moteurs, des châssis et des composants de suspension.

- Construction et infrastructure : Éviter que les poutres en acier, les tuyaux et les alliages structurels ne perdent leur intégrité sous certaines conditions.

- Énergie et industrie nucléaire : Réalisation d'essais sur les métaux des réacteurs, des réservoirs sous pression et des pipelines afin de prévenir les défaillances.

En fournissant des données précises sur la ténacité à la rupture, l'ASTM E399 permet aux ingénieurs de sélectionner correctement le bon choix d'alliages, de concevoir de manière optimale et d'assurer la sécurité.

Facteurs influençant la ténacité

Plusieurs facteurs influencent la ténacité à la rupture mesurée du métal et de l'alliage :

- Microstructure : Les dimensions de la microstructure, telles que la taille des grains, la distribution des phases et les inclusions, peuvent avoir un énorme potentiel pour augmenter ou diminuer la ténacité. Des grains petits et équiaxes augmentent la résistance à la croissance des fissures.

- La température : Tous les métaux deviennent plus fragiles à basse température, ce qui réduit les valeurs K_IC. Les températures plus élevées ramollissent également les matériaux, avec une résistance variable aux fissures.

- Taux de charge : Les charges appliquées plus rapidement peuvent réduire la ténacité apparente, car les matériaux ont moins de temps pour se déformer plastiquement.

- Géométrie de l'échantillon : L'épaisseur et la longueur des fissures influencent les conditions de déformation plane ; les changements peuvent modifier les valeurs K_IC mesurées.

Il est important de connaître ces variables pour l'analyse des résultats des essais et pour l'utilisation des données dans la conception technique réelle.

Questions fréquemment posées

Dans quel but l'ASTM E399 est-elle utilisée ?

L'ASTM E399 mesure la ténacité à la rupture en déformation plane des matériaux métalliques, c'est-à-dire leur capacité à résister à l'extension des fissures.

Pourquoi la ténacité à la rupture est-elle importante pour les métaux et les alliages ?

Elle détermine la résistance du matériau à la contrainte sans rupture soudaine, ce qui garantit la sécurité et la fiabilité des applications à fort enjeu.

Comment les tests ASTM E399 sont-ils effectués ?

Des échantillons sont pré-fissurés, le chargement est contrôlé et la détermination de K_IC est effectuée à partir de la charge critique et de la géométrie de l'échantillon.

Dans quels secteurs l'ASTM E399 est-elle couramment utilisée ?

Elle est largement utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la construction, de l'énergie et du nucléaire, où l'intégrité structurelle est une priorité absolue.

Quelles sont les variables qui peuvent affecter les résultats des essais ?

La microstructure, la température, le taux de chargement et la géométrie de l'échantillon ont tous une incidence sur les essais de ténacité à la rupture.