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ASTM E21 : Essais de traction sur les métaux à température élevée

ASTM E21 : Essais de traction sur les métaux à température élevée

ASTM E21 est un test à température élevée réalisé en traction sur des matériaux métalliques. Bien que ces tests soient utilisés dans de nombreuses industries ainsi que dans la recherche universitaire, les tests à température élevée sont le plus souvent utilisés dans les applications aérospatiales pour l'évaluation des propriétés mécaniques des matériaux métalliques à haute résistance.

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ASTM E21 : Essais de traction sur les métaux à température élevée

ASTM E21 est un test à température élevée réalisé en traction sur des matériaux métalliques. Bien que ces tests soient utilisés dans de nombreuses industries ainsi que dans la recherche universitaire, les tests à température élevée sont le plus souvent utilisés dans les applications aérospatiales pour l'évaluation des propriétés mécaniques des matériaux métalliques à haute résistance. Les exigences des moteurs et les températures de fonctionnement des avions continuent d'augmenter, tout comme les paramètres de conception des matériaux structurels, notamment les fixations. ASTM E21 décrit méticuleusement chaque étape des tests à haute température ; de la définition de l'appareil de test à la fixation du thermocouple. Les propriétés mécaniques telles que l'allongement, la réduction de surface, la résistance à la traction et la limite d'élasticité sont enregistrées pour estimer la capacité du matériau à résister aux forces appliquées.

Étant donné que la norme ASTM E21 nécessite plusieurs transducteurs (extensomètres et thermocouples), un système avec un module de canal d'extension est recommandé pour garantir une collecte et une synchronisation appropriées des données. Tout système de test utilisé doit être conforme à la norme ASTM E4. La préparation du système et de l'échantillon est cruciale pour E21, et tous les efforts doivent être faits pour garantir que toute force appliquée à l'échantillon reste dans la direction axiale. La contrainte de flexion ne peut pas dépasser 10 % de la contrainte axiale exercée sur l'éprouvette. Il est donc impératif de s'assurer que l'équipement de test approprié est sélectionné.
Des tiges de traction en Inconel sont fixées aux porte-échantillons et s'étendent dans le four. Les plaques de céramique situées en haut et en bas du four épousent les tiges de traction une fois en place, garantissant qu'aucune isolation supplémentaire n'a besoin d'être emballée à l'endroit où la chaîne de charge entre dans le four. Une isolation trop serrée peut entraîner le déplacement des tiges de traction ou des bras de l'extensomètre. Les tiges de traction sont placées dans des supports auto-alignants pour garantir une charge axiale maximale. De plus, ASTM E21 exige la surveillance de la température indiquée sur l'échantillon. Les thermocouples de type K calibrés à l'aide de la pratique E220 sont recommandés et doivent suivre les directives décrites dans les sections 5.3 et 9.4. Dès le début de l'essai jusqu'à la détermination de la limite d'élasticité, la température indiquée ne doit pas dépasser les valeurs suivantes :
Jusqu'à 1800F +-5 (+-3C inclus)
Supérieur à 1800f (980C) +- 10F (+-6C)
**Des exigences plus restrictives peuvent être nécessaires si cela est indiqué par le laboratoire ou le client.
Un extensomètre répondant aux exigences de la pratique E83 est requis si une détermination de la limite d'élasticité est nécessaire. Il existe deux principaux types d'extensomètres pouvant être utilisés pour les tests à haute température. Le premier est un extensomètre monté à froid qui est fixé à la section réduite à température ambiante et est imbibé du reste de la chaîne de charge avant le début du test. Une autre option est un extensomètre monté à chaud, qui repose généralement sur un rail et peut être glissé dans le four pour être fixé une fois que l'échantillon a terminé sa période de trempage. Les bras de l'extensomètre doivent être fixés au niveau de la section réduite de l'échantillon.

Dans les cas où l'éprouvette est trop petite pour que l'extensomètre entre en contact avec sa section réduite, la séparation des traverses ou des porte-éprouvettes peut être utilisée pour déterminer les déformations correspondant à la limite d'élasticité décalée de 0,2 %. Cette valeur doit être marquée « limite d'élasticité approximative ». Lors du test d'un échantillon d'une longueur réduite inférieure à 2 pouces, un minimum de 2 thermocouples doivent être fixés à chaque extrémité de la section réduite. Ces thermocouples doivent établir et maintenir un contact intime avec l'échantillon tout au long du test. Lors du test d'échantillons avec une section réduite supérieure ou égale à 2 pouces, un troisième thermocouple doit être fixé au centre de l'échantillon.

Un test typique des métaux à haute température peut dépasser une heure par échantillon. Pour se conformer à la norme, un échantillon doit être trempé à la température spécifiée jusqu'à ce qu'il atteigne l'équilibre. Une fois à l'équilibre, les échantillons doivent être maintenus à cette température pendant au moins 20 minutes, sauf indication contraire. Si vous exécutez plusieurs tests par jour, le temps de trempage peut rapidement ralentir le débit d’un laboratoire. Pour minimiser les temps d'arrêt du système, un système de test universel peut être équipé d'une configuration multi-fours, qui permet à un deuxième échantillon de tremper pendant le test.

Terminologie :
Température indiquée : température indiquée par l'appareil de mesure de la température en utilisant une pratique pyrométrique de bonne qualité.
Température spécifiée : la température de test demandée et signalée au client

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