Limite d'élasticité et résistance à la traction de l'acier et de l'aluminium par indentation

La limite d'élasticité (YS) est la contrainte à partir de laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement et ne reprend pas sa forme initiale lorsque la contrainte appliquée est retirée. La résistance à la traction (UTS) est la contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant de rompre. Ces deux propriétés indiquent les charges limites supérieures applicables aux pièces et structures mécaniques. La limite d'élasticité et la résistance à la traction jouent un rôle essentiel dans la production des matériaux, lors des procédés de recuit, de forgeage, de laminage et d'emboutissage.

Traditionnellement, la limite d'élasticité et la résistance à la traction se mesurent sur une grande machine de traction qui exige une force énorme pour rompre les éprouvettes. Usiner correctement de nombreuses éprouvettes pour un matériau, alors que chacune ne peut être testée qu'une fois, est coûteux et long. De petits défauts dans l'échantillon créent une dispersion notable des résultats. Les différentes configurations et alignements des machines de traction du marché entraînent souvent des écarts importants dans la mécanique d'essai et les résultats.

La méthode d'indentation innovante de NANOVEA fournit directement des valeurs de limite d'élasticité et de résistance à la traction comparables à celles mesurées par les essais de traction classiques. Cette mesure ouvre de nouvelles possibilités d'essai pour toutes les industries. Le dispositif expérimental simple réduit nettement le temps et le coût de préparation par rapport à la forme complexe des éprouvettes de traction. La petite taille des empreintes permet plusieurs mesures sur un même échantillon. On évite l'influence des défauts créés dans les éprouvettes de traction lors de l'usinage. Les mesures de YS et UTS sur de petits échantillons, en zone localisée, permettent la cartographie et la détection de défauts locaux dans les pipelines ou les structures automobiles.

ℹ️ En savoir plus sur nos services de laboratoire d'indentation pour la limite d'élasticité et la résistance à la traction.

Les essais de limite d'élasticité et de résistance à la traction ont été réalisés sur le testeur mécanique NANOVEA en mode microindentation. Une pointe plate cylindrique en diamant de 200 µm de diamètre a été utilisée. Les alliages SS304 et Al6061 ont été choisis pour leur large usage industriel et leurs valeurs de limite d'élasticité et de résistance à la traction bien connues, afin de montrer le fort potentiel et la fiabilité de la méthode par indentation. Les échantillons ont été polis mécaniquement jusqu'au poli miroir avant l'essai pour éviter l'influence de la rugosité ou des défauts de surface. Les conditions d'essai figurent au tableau 1. Plus de dix essais ont été réalisés sur chaque échantillon pour garantir la répétabilité des valeurs.

Les courbes charge-déplacement des échantillons d'alliage SS304 et Al6061 sont présentées en Fig. 2, avec en encart les empreintes du poinçon plat sur les échantillons. L'analyse de la courbe de charge en forme de « S » par des algorithmes spécifiques développés par NANOVEA permet de calculer la limite d'élasticité et la résistance à la traction. Les valeurs sont calculées automatiquement par le logiciel et résumées au tableau 2. Les valeurs obtenues par essais de traction classiques sont indiquées à titre de comparaison.

Les résultats montrent une bonne concordance entre indentation et traction pour les mesures de YS et UTS des alliages SS304 et Al6061. Les YS et UTS mesurées par indentation avec le testeur mécanique NANOVEA présentent une précision et une répétabilité supérieures. La technique d'indentation est nettement plus économique en temps et en coût que les procédures classiques d'essai de traction. Elle ne demande pas d'usinage coûteux et complexe des échantillons et permet une cartographie quantitative rapide des valeurs de YS et UTS sur de petits échantillons, tout en détectant des défauts mécaniques localisés de pièces en service.

Dans cette étude, nous avons montré la capacité du testeur mécanique NANOVEA à évaluer la limite d'élasticité & la résistance à la traction d'échantillons de tôles d'acier inoxydable et d'alliage d'aluminium. Le dispositif expérimental simple réduit nettement le temps et le coût de préparation exigés par les essais de traction. La petite taille des empreintes permet plusieurs mesures sur un seul échantillon. Cette méthode permet des mesures YS/UTS sur de petits échantillons et des zones localisées, ce qui offre une solution pour la cartographie YS/UTS et la détection de défauts locaux dans les pipelines ou les structures automobiles.

Les modules nano, micro ou macro du testeur mécanique NANOVEA intègrent tous des modes d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant la gamme d'essais la plus large et la plus simple d'emploi réunie dans un seul système. Cette gamme inégalée est idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats minces ou épais, tendres ou durs : dureté, module d'Young, ténacité, adhérence, résistance à l'usure et bien d'autres. En option, un profilomètre 3D sans contact et un module AFM permettent l'imagerie 3D haute résolution des empreintes, rayures et traces d'usure, ainsi que d'autres mesures de surface comme la rugosité.