L'essai de traction : de la courbe aux grandeurs

L'essai de traction tient en une phrase : on serre une éprouvette (un barreau aux dimensions soignées) entre deux mâchoires, les mors, et on l'étire avec une force F croissante, en newtons (N), en mesurant l'allongement ΔL d'une longueur repérée sur l'éprouvette, la longueur initiale entre repères L₀.

Une grosse éprouvette demande plus de force qu'une petite pour s'allonger autant. Pour que le résultat ne dépende que du métal, on divise :

• la force par la section initiale S₀ : c'est la contrainte σ (« sigma »), en MPa ;
• l'allongement par la longueur initiale : c'est la déformation ε (« epsilon »), sans unité, souvent donnée en %.

Au tout début, la courbe σ(ε) est une droite, et si l'on relâche, l'éprouvette retrouve exactement sa longueur : c'est le domaine élastique. Pour le comprendre, imagine un sommier à ressorts : les atomes du métal sont rangés en réseau, et chacun est retenu à ses voisins par des liaisons qui se comportent comme de petits ressorts. Tirer écarte un peu les atomes ; les ressorts les rappellent dès qu'on lâche.

La pente de cette droite s'appelle le module d'Young E. Il traduit la raideur des ressorts, donc la nature des liaisons : environ 1 000 GPa pour le diamant, 210 GPa pour l'acier, 70 GPa pour l'aluminium (1 GPa = 1 000 MPa). Sous la même contrainte, l'aluminium s'allonge donc trois fois plus que l'acier.

Les ressorts ont pourtant une limite : tirés trop loin, ils lâchent. Le calcul donne une résistance théorique d'environ E/10, soit 21 000 MPa pour l'acier. Or un acier de construction se déforme pour toujours dès 300 MPa environ, soixante-dix fois moins. Il se passe autre chose, bien avant que les liaisons cèdent : c'est le chapitre 2.

Contrainte et déformation conventionnelles

Ces grandeurs sont dites conventionnelles (ou nominales) : on divise toujours par les dimensions initiales, même quand l'éprouvette s'est amincie. Le chapitre 4 corrigera ce choix. Pendant l'allongement, la section se contracte : la déformation transversale vaut −ν·ε, où ν (« nu »), le coefficient de Poisson, vaut environ 0,3 pour les métaux.

Exemple. Une tige d'acier de 10 mm de diamètre et 2 m de long porte 15 kN. Section : S₀ = π × 10²/4 = 78,5 mm². Contrainte : σ = 15 000/78,5 = 191 MPa. Déformation : ε = 191/210 000 = 9,1·10⁻⁴ (0,091 %). Allongement : ΔL = 9,1·10⁻⁴ × 2 000 = 1,8 mm. La même tige en aluminium (70 GPa) s'allongerait de 5,5 mm.

D'où vient le module d'Young ?

L'énergie de liaison entre deux atomes, U, dépend de leur distance r. Elle additionne une attraction, qui les rapproche, et une répulsion, qui empêche leurs nuages d'électrons de s'interpénétrer : U = U_attractive + U_répulsive. La somme forme un puits : son fond fixe la distance d'équilibre r₀, quelques dixièmes de nanomètre. La force qu'il faut exercer pour maintenir les atomes à la distance r est la dérivée de l'énergie (sa pente) :

Au fond du puits, la pente est nulle : aucune force. Autour, la force croît presque proportionnellement à l'écart : c'est la loi de Hooke vue à l'échelle des atomes, et E mesure la courbure du puits. Plus loin, la force passe par un maximum, la résistance théorique de la liaison, puis diminue : la liaison est rompue. Le puits est dissymétrique (la répulsion monte plus vite que l'attraction ne descend) : quand les atomes vibrent sous l'effet de la chaleur, leur distance moyenne augmente. C'est la dilatation thermique, que des ressorts parfaits, symétriques, n'expliqueraient pas.

Mesurer E. C'est la pente de la partie droite de la courbe. Au premier chargement, les mors se mettent en place et la courbe commence souvent en douceur : la mesure est plus précise sur une décharge, qui redescend selon une droite bien nette de même pente. Il faut un extensomètre, un capteur posé sur l'éprouvette elle-même (chapitre 6).

Une grandeur intrinsèque. E dépend des liaisons, pas de la façon dont les atomes sont arrangés à grande échelle : un acier recuit, trempé ou écroui garde le même module, à quelques pour cent près. Il baisse avec la température, d'environ 70 MPa par degré pour l'acier : environ 182 GPa à 400 °C.

Le cisaillement et l'essai de torsion

Tordre un cylindre par un couple C fait glisser chaque tranche sur sa voisine. La contrainte est alors tangentielle (parallèle à la surface qui la porte) : c'est la cission τ (« tau »), ou contrainte de cisaillement. Un petit carré de matière devient un losange : son angle droit se ferme d'un angle θ, et la déformation de cisaillement vaut γ = tan θ = dw/L ≈ θ (en radians, aux petites déformations), où dw est le décalage de deux faces distantes de L.

Au-delà de la limite d'élasticité, l'éprouvette ne revient plus à sa longueur : une partie de l'allongement est permanente. C'est la déformation plastique. Que se passe-t-il dans le métal ?

Tire un monocristal (un métal fait d'un seul grain, comme un gros cristal de cuivre ou de zinc) de plus de 10 % : sa surface se couvre de marches parallèles, en biais. Des tranches entières du cristal ont glissé les unes sur les autres, le long de plans atomiques bien précis et dans des directions bien précises. Ce n'est pas la traction qui fait glisser, mais sa part qui agit le long du plan, la cission : elle est maximale sur les plans inclinés à 45° de l'effort, et nulle sur un plan perpendiculaire ou parallèle à l'effort.

Faire glisser tout un plan d'atomes d'un coup demanderait une contrainte énorme, du même ordre que la résistance théorique du chapitre 1. Le cristal triche : il contient des dislocations, des lignes le long desquelles le plan a déjà glissé d'un côté et pas de l'autre. Pour avancer, une dislocation n'a qu'à décaler une rangée d'atomes à la fois, comme la chenille qui fait courir une bosse le long de son corps, ou comme on déplace un grand tapis en poussant un pli. Il suffit alors d'une contrainte mille fois plus faible.

En se déplaçant, les dislocations se multiplient, s'enchevêtrent et se bloquent. Il faut tirer de plus en plus fort pour continuer : c'est l'écrouissage, qui fait monter la courbe après la limite d'élasticité. Les joints entre les grains d'un métal arrêtent aussi les dislocations : plus les grains sont fins, plus le métal est résistant.

La loi de Schmid

Une contrainte σ appliquée sur une section S agit, sur un plan incliné, comme une force qui se décompose en une part normale au plan et une part tangentielle. En la ramenant à l'aire du plan incliné (plus grande que S) et à la direction de glissement, on obtient la cission résolue :

Exemple (τ₀ = 1 MPa). Plan à 45°, direction dans la plus grande pente : m = 0,5, le cristal glisse dès σ = 1/0,5 = 2 MPa. Plan à φ = 60° : m = cos 60° × cos 30° = 0,433, il faut 2,31 MPa. Plan à 80° : m = 0,171, il faut 5,85 MPa. Plan à 45° mais direction tournée de ψ = 60° : λ = 69°, m = 0,25, il faut 4 MPa.

Les plans et directions de glissement sont les plus denses en atomes. La structure cubique à faces centrées (CFC : cuivre, aluminium, nickel, aciers inoxydables austénitiques) en offre douze, toujours actifs : ces métaux restent ductiles même à très basse température. La structure cubique centrée (CC : fer α, aciers ferritiques) en a davantage, mais leur cission critique grimpe quand la température baisse (chapitre 5). La structure hexagonale compacte (zinc, magnésium, titane α) en a peu de faciles : ces métaux se déforment moins bien.

Pourquoi les dislocations

Faire glisser un plan entier d'un bloc demanderait une cission théorique d'environ G/(2π) : pour le cuivre (G ≈ 48 GPa), environ 7 600 MPa. Un monocristal de cuivre pur glisse sous 1 MPa environ, sept mille fois moins. C'est la signature des dislocations : on n'en coupe qu'une rangée de liaisons à la fois. Leur densité ρ, la longueur de lignes par unité de volume, va d'environ 10¹⁰ à 10¹² m⁻² dans un métal recuit à 10¹⁵ ou 10¹⁶ m⁻² dans un métal fortement écroui ; la contrainte d'écoulement croît à peu près comme √ρ.

Du monocristal au métal réel

Un métal industriel est un polycristal : des milliers de grains orientés au hasard, qui doivent se déformer ensemble sans s'ouvrir aux joints. Il faut activer plusieurs systèmes dans chaque grain : la limite d'élasticité du polycristal vaut environ trois fois la cission critique. Les joints de grains bloquent les dislocations ; d'où la loi de Hall-Petch :

Trois comportements

La surface de la cassure confirme le diagnostic : cupules d'une rupture ductile, facettes brillantes d'un clivage fragile. Leur lecture fait l'objet du cours 1 de la série Rupture.

Parcours la courbe de traction comme une ligne de métro, station par station :

1. Station E : la droite du départ, de pente E (chapitre 1).
2. Station limite d'élasticité : la fin de la droite. Pour un acier de construction, elle se voit : la contrainte fait un petit pic, la limite supérieure d'écoulement R_eH, puis tombe sur un palier, la limite inférieure R_eL, où la plasticité envahit l'éprouvette par bandes. Pour l'inox, l'aluminium ou un acier trempé, la courbe s'arrondit doucement et l'on ne sait pas où la droite s'arrête. On adopte alors une convention : la limite conventionnelle d'élasticité R_p0,2, la contrainte qui laisse 0,2 % de déformation permanente.
3. Station Rm : le sommet de la courbe, la résistance à la traction R_m, atteinte après un allongement réparti A_g pendant lequel toute l'éprouvette s'est allongée de la même façon.
4. Terminus : la striction creuse un col, la courbe descend, l'éprouvette casse. On mesure sur les deux morceaux l'allongement après rupture A et le coefficient de striction Z, la réduction de section au col.

Pourquoi une convention pour R_p0,2 ? Parce que l'œil trompe : sur une courbe tracée jusqu'à la rupture, la droite semble se prolonger loin ; en agrandissant le début, on voit qu'elle s'infléchit bien plus tôt. Une même éprouvette donnerait autant de « limites » que d'échelles de lecture. Le décalage de 0,2 % fixe une règle que tous les laboratoires appliquent de la même façon.

La construction de R_p0,2 : on trace une parallèle à la droite élastique, décalée de 0,2 % sur l'axe des déformations ; elle coupe la courbe en R_p0,2. Si l'on déchargeait l'éprouvette depuis ce point, elle redescendrait le long de cette parallèle et garderait 0,2 % d'allongement permanent. Ce 0,2 % est un compromis : assez petit pour rester près du début de la plasticité, assez grand pour être mesuré sans ambiguïté. On l'emploie dès que la courbe ne présente pas de palier, et il permet de comparer des matériaux de comportements très différents.

Exemple. Éprouvette ronde de diamètre d₀ = 10 mm : S₀ = 78,54 mm² et L₀ = 5,65·√S₀ = 50 mm (longueur proportionnelle, chapitre 6). Pic de force à 30,6 kN : R_eH = 30 600/78,54 = 390 MPa. Palier à 29,2 kN : R_eL = 372 MPa. Force maximale 42,4 kN : R_m = 540 MPa. Après rupture : L_u = 63,0 mm, soit A = 13/50 = 26,0 % ; diamètre au col 6,3 mm, soit Z = 1 − (6,3/10)² = 60,3 %.

Le retour élastique. Au moment de la rupture, l'éprouvette est encore tendue : en se séparant, chaque morceau se raccourcit de sa part élastique. Les mesures sur les morceaux donnent donc directement l'allongement permanent A. Sur l'enregistrement, il faut retrancher cette part : A = A_t − σ_rupture/E.

L'énergie sous la courbe. L'aire sous la courbe conventionnelle est l'énergie absorbée par unité de volume avant la rupture : W = ∫ σ dε ≈ (R_e + R_m)/2 × A pour un métal ductile (∫ : intégrale, la somme des petites bandes σ·dε). Des MPa multipliés par une déformation sans unité donnent des MJ/m³, c'est-à-dire des J/cm³ : environ 119 J/cm³ pour l'éprouvette de l'exemple. Cette énergie est parfois appelée ténacité en traction : ne la confonds ni avec l'énergie de rupture Charpy, mesurée en joules sur une éprouvette entaillée (Rupture, cours 2), ni avec la ténacité K_IC d'un matériau fissuré (Rupture, cours 4). Après la striction, elle n'est plus qu'une moyenne : l'énergie se concentre dans le col.

Après R_m, la courbe conventionnelle descend. Le métal se met-il à mollir ? Non : deux effets s'affrontent depuis le début de la plasticité.

• L'écrouissage durcit le métal : il faut une contrainte de plus en plus forte pour le déformer.
• L'amincissement réduit la section qui porte la force : à contrainte égale, il faut de moins en moins de force.

Tant que l'écrouissage gagne, si un endroit de l'éprouvette s'amincit un peu plus, il durcit aussi un peu plus et la déformation va voir ailleurs : l'éprouvette s'allonge partout pareil. Puis vient le moment où l'amincissement l'emporte : l'endroit le plus mince porte la plus forte contrainte, se déforme le plus, s'amincit encore… C'est le cercle vicieux de la striction, comme un caramel qu'on étire. La force passe par son maximum et ne fait plus que baisser, parce que la section du col fond plus vite que le métal ne durcit.

Si l'on divise la force par la section réelle du col au lieu de S₀, la contrainte continue de monter jusqu'à la rupture : c'est la courbe rationnelle (en anglais true stress-strain curve), la plus réaliste. La courbe conventionnelle (engineering curve) reste la plus utilisée, parce qu'elle se calcule sans mesurer la section en cours d'essai.

La capacité d'un métal à durcir en se déformant se résume par un nombre, le coefficient d'écrouissage n. Plus il est grand, plus la striction arrive tard : un inox austénitique (n ≈ 0,45) s'allonge régulièrement de plus de 50 %, ce qui en fait le roi de l'emboutissage des éviers, alors qu'un acier trempé-revenu (n ≈ 0,07) fait son col après quelques pour cent.

Les grandeurs rationnelles

La déformation plastique conserve le volume : S·L = S₀·L₀. Tant que l'éprouvette s'allonge uniformément, on peut donc calculer la section courante sans la mesurer. La déformation rationnelle additionne les petits allongements relatifs dL/L, chacun rapporté à la longueur du moment :

Comme S < S₀, la contrainte rationnelle dépasse la conventionnelle ; comme L > L₀, la déformation rationnelle est un peu plus petite. Exemple : à ε = 10 % et σ = 480 MPa, on a σ_rat = 480 × 1,10 = 528 MPa et ε_rat = ln 1,10 = 9,53 %. Après le début de la striction, il faut mesurer la section du col : la formule σ(1 + ε) n'est plus valable, l'allongement n'étant plus uniforme.

Le critère de Considère

La force vaut F = σ_rat·S. Au maximum de force, sa variation s'annule : dF = dσ_rat·S + σ_rat·dS = 0. Or le volume constant donne −dS/S = dε_rat. D'où :

En effet, avec Hollomon, dσ_rat/dε_rat = n·K·ε_ratⁿ⁻¹, qui égale K·ε_ratⁿ pour ε_rat = n. On en tire trois résultats utiles :

Mesurer n

• Méthode 1, la droite logarithmique : ln σ_rat = ln K + n·ln ε_rat. En coordonnées logarithmiques, la courbe rationnelle devient une droite de pente n, qui coupe l'axe ε_rat = 1 à la hauteur ln K. L'ISO 10275 fixe ainsi n pour les tôles, entre deux déformations choisies dans le domaine réparti (souvent 10 et 20 %).
• Méthode 2, la striction : n = ε_rat(F_m) = ln(1 + A_g).

Exemple. Deux points rationnels : 520 MPa à 5 % et 610 MPa à 15 %. n = ln(610/520)/ln(0,15/0,05) = 0,1596/1,0986 = 0,145, puis K = 520/0,05^0,145 ≈ 804 MPa. Prévision : A_g = e^0,145 − 1 ≈ 15,6 % et R_m ≈ 525 MPa.

Ludwik ou Hollomon ? La loi de Ludwik, σ = σ₀ + k·ε_pⁿ, part de la limite d'élasticité σ₀ et décrit bien le début de la plasticité (ε_p : déformation plastique ; k : constante). La loi de Hollomon, σ = K·εⁿ, néglige σ₀ : elle est simple et suffisante aux grandes déformations, et c'est elle qui donne le résultat élégant ε_rat = n à la striction.

Dans le col : la correction de Bridgman

Une fois le col formé, le métal plus large qui l'entoure le retient : il ne peut pas se contracter librement. Le col subit alors un état de contrainte triaxial (des tractions radiales s'ajoutent à la traction axiale). La contrainte moyenne F/S surestime la contrainte qui fait vraiment couler le métal. P. W. Bridgman a proposé la correction :

Cette triaxialité a une autre conséquence : elle fait grossir les cavités qui naissent sur les inclusions, ce qui conduit à la rupture ductile à cupules au centre du col (Rupture, cours 1).

Une courbe de traction n'est pas une constante du métal : c'est sa réponse dans des conditions données. Quatre réglages la transforment.

• La température. Un acier ordinaire tiré à 20 °C donne la courbe habituelle ; à 400 °C, elle est plus basse et plus longue ; à −196 °C (dans l'azote liquide), elle monte presque droite et casse net, sans s'allonger. Les aciers ferritiques (structure cubique centrée) deviennent fragiles à froid ; les aciers inoxydables austénitiques, l'aluminium, le cuivre et le nickel (cubiques à faces centrées) restent ductiles jusqu'aux températures cryogéniques : on en fait les réservoirs de gaz liquéfiés.
• La vitesse. Tirer vite élève la limite d'élasticité d'un acier ferritique et le rapproche du comportement fragile, comme un froid supplémentaire. Le choc de l'essai Charpy est un essai très rapide. Les normes fixent donc les vitesses d'essai.
• La microstructure. Un même acier à 0,2 % de carbone, normalisé (ferrite et perlite), résiste à environ 530 MPa et s'allonge de 28 % ; trempé (martensite), il dépasse 1 500 MPa mais casse presque sans s'allonger ; trempé puis revenu, il retrouve un compromis. Des grains plus fins le renforcent sans le fragiliser (chapitre 2).
• Le sens de prélèvement. Le laminage étire les grains et aplatit les inclusions de sulfure de manganèse en galettes parallèles à la surface. Tirée dans son épaisseur, une tôle peut perdre plus de la moitié de sa striction : c'est la cause de l'arrachement lamellaire sous les soudures en T.

Température et structure cristalline

Dans un métal cubique centré, les dislocations doivent franchir une forte résistance de frottement du réseau, que l'agitation thermique aide à vaincre : leur limite d'élasticité grimpe très vite quand la température baisse (dans le modèle : 350 MPa à 20 °C, 550 MPa à −100 °C, 950 MPa à −196 °C). La contrainte de clivage, elle, ne dépend presque pas de la température. Quand la limite d'élasticité la rattrape, le métal clive avant de couler : il devient fragile. Dans un métal cubique à faces centrées, cette résistance de réseau est faible et ne dépend guère de la température : pas de transition. La transition ductile-fragile, son lien avec l'entaille et sa mesure par l'essai Charpy font l'objet du cours 2 de la série Rupture.

À chaud, R_e, R_m et E baissent (environ 182 GPa à 400 °C pour l'acier). Les aciers au carbone-manganèse présentent vers 200 à 300 °C un vieillissement dynamique : les atomes de carbone et d'azote rattrapent les dislocations et les épinglent pendant l'essai ; R_m remonte un peu et l'allongement baisse. On l'appelle aussi fragilité au bleu, d'après la couleur d'oxydation de l'acier à ces températures. Les essais à chaud et à froid ont leurs normes : ISO 6892-2 et ISO 6892-3.

La vitesse de déformation

La vitesse de déformation ε̇ = dε/dt (« epsilon point », en s⁻¹) mesure la rapidité de l'essai. Un essai normalisé lent tourne autour de 10⁻⁴ à 10⁻² s⁻¹, un choc Charpy autour de 10² à 10³ s⁻¹. La limite d'élasticité d'un acier ferritique croît à peu près comme le logarithme de la vitesse ; dans le modèle, une décade de vitesse (×10) agit comme une dizaine de degrés de froid. C'est l'équivalence vitesse-température : un essai rapide ressemble à un essai lent fait à plus basse température. D'où les plages de vitesse imposées par l'ISO 6892-1 (chapitre 6).

Les états métallurgiques

La trempe bloque le carbone dans une martensite très résistante mais pauvre en réserve plastique ; le revenu précipite des carbures et restaure la ductilité. La taille de grain joue en plus, selon la loi de Hall-Petch du chapitre 2.

L'anisotropie et le sens de prélèvement

On repère les directions d'une tôle laminée par trois axes : le sens long (direction de laminage, DL), le sens travers (DT) et l'épaisseur (direction normale, DN, aussi appelée direction Z). La limite d'élasticité et la résistance varient peu d'un sens à l'autre ; l'allongement et surtout la striction varient beaucoup, parce que les inclusions allongées s'ouvrent plus facilement quand on tire en travers de leur plat. Typiquement, la striction d'un acier de construction passe d'environ 60 % en long à 25 ou 30 % dans l'épaisseur. Les aciers garantis dans l'épaisseur (EN 10164, classes Z15, Z25 et Z35, d'après la striction minimale en %) et l'arrachement lamellaire sont détaillés dans le cours 1 de la série Rupture. Le procès-verbal doit toujours préciser le sens de prélèvement.

La machine. Une machine électromécanique a un bâti rigide, une traverse mobile entraînée par des vis que font tourner des moteurs, et deux mors qui serrent l'éprouvette. Un capteur d'effort mesure la force : c'est un corps d'épreuve en acier sur lequel sont collées des jauges de déformation, de fines pistes métalliques dont la résistance électrique varie quand elles s'allongent ; l'électronique convertit cette variation en force. Les grosses forces et les essais de fatigue emploient des machines servo-hydrauliques, où un vérin remplace les vis.

Le pilotage. En pilotant le déplacement (la traverse avance à vitesse constante), la machine suit toute la courbe, descente comprise : c'est le mode des essais de traction. En pilotant la force (elle augmente régulièrement), la machine ne peut pas suivre la descente : passé R_m, elle continue d'exiger plus de force que l'éprouvette ne peut en porter, et tout s'emballe jusqu'à la rupture. Ce mode sert aux essais de fluage et de fatigue.

L'éprouvette. Des têtes larges, serrées dans les mors, qui ne doivent pas se déformer ; des congés de raccordement à grand rayon, pour éviter une concentration de contrainte ; une partie calibrée de section constante, où l'on trace les repères L₀. L'essai n'est valable que si l'éprouvette casse dans la partie calibrée, loin des congés.

La mesure de l'allongement. Le déplacement de la traverse est facile à lire, mais il additionne l'allongement de l'éprouvette, la déformation du bâti, des mors et des têtes, et les jeux qui se rattrapent au début : la courbe commence par un pied arrondi et sa pente est bien trop faible. C'est la canne à pêche : au moulinet, on mesure la ligne et la canne qui plie. L'extensomètre, posé sur l'éprouvette entre deux repères (à couteaux, ou optique par caméra ou laser qui suit des marques peintes), mesure seulement ce qui se passe entre ces repères. Il est indispensable pour mesurer E et R_p0,2.

Les vitesses de l'ISO 6892-1

Puisque la vitesse change le résultat (chapitre 5), la norme l'encadre. La méthode A pilote la vitesse de déformation : de préférence 0,000 25 s⁻¹ (± 20 %) jusqu'à la limite d'élasticité, puis 0,006 7 s⁻¹ (± 20 %) pour R_m et l'allongement. En variante A1, la boucle d'asservissement lit l'extensomètre ; en variante A2, on règle une vitesse de traverse équivalente. La méthode B, plus ancienne, pilote la vitesse de mise en contrainte dans le domaine élastique : 6 à 60 MPa/s pour les métaux de module E ≥ 150 GPa (aciers), 2 à 20 MPa/s en dessous (aluminium, titane, cuivre). L'essai se fait entre 10 et 35 °C, ou à 23 ± 5 °C quand la température doit être maîtrisée.

Les éprouvettes proportionnelles

L'allongement après rupture additionne une part répartie, proportionnelle à L₀, et la part du col, qui dépend de la taille de la section et non de L₀ (loi de Barba). Une éprouvette courte donne donc un A plus grand qu'une longue. Pour comparer, on garde la même proportion entre longueur et section :

Exemples : plat de 20 × 6 mm, S₀ = 120 mm², L₀ = 5,65 × √120 = 61,9 mm ; tôle de 12,5 × 2 mm, L₀ = 28,2 mm.

Validité de A. En principe, l'allongement après rupture n'est valable que si la rupture se trouve à au moins L₀/3 du repère le plus proche (16,7 mm pour L₀ = 50 mm). Sinon, la norme propose une méthode de report à partir de repères intermédiaires ; et la mesure reste acceptée si A atteint quand même la valeur exigée.

La chaîne de mesure

• Force : capteur étalonné selon l'ISO 7500-1 ; la classe 1 garantit une erreur relative d'au plus 1 %.
• Allongement : extensomètre étalonné selon l'ISO 9513 ; classe 1 pour mesurer R_p, classe 2 admise pour les grands allongements. On le retire souvent avant la rupture pour le protéger, puis on mesure A sur les deux morceaux rapprochés.
• Raideur : avec la traverse, la pente apparente vaut E_app = E/(1 + E·S₀/(K_m·L_c)), où K_m est la raideur de la machine. Pour K_m = 100 kN/mm, sans jeu, et l'éprouvette de la manipulation 6 (S₀ = 78,5 mm², L_c = 60 mm) : E_app = 210 000/(1 + 210 000 × 78,5/(100 000 × 60)) ≈ 56 GPa au lieu de 210 GPa.
• Alignement : des mors mal alignés ajoutent de la flexion, qui fausse surtout le début de la courbe et R_eH.

Le procès-verbal

Il cite la norme et la méthode d'essai, identifie le matériau (nuance, coulée, état), le type d'éprouvette, son emplacement et son sens de prélèvement (L, T ou Z), ses dimensions, la température, puis donne les résultats : R_eH et R_eL, ou R_p0,2, R_m, A (avec son indice si k ≠ 5,65), Z, et l'emplacement de la rupture. Un résultat sans sens de prélèvement ni type d'éprouvette ne peut pas être comparé à une spécification.

La traction des soudures

Pour la qualification d'un mode opératoire de soudage bout à bout (ISO 15614-1), les éprouvettes transversales doivent atteindre au moins la résistance minimale spécifiée du métal de base, et le procès-verbal note où elles ont cassé. Une rupture dans le métal de base, loin du cordon, est le cas le plus rassurant ; une rupture dans le cordon ou la zone affectée, même au-dessus du minimum, invite à regarder la macrographie et les duretés (cours 2 et 3).

Cherche chaque question sur papier avant d'ouvrir la correction. Écris toujours la formule avant les nombres, et garde les unités jusqu'au bout. Les valeurs des exercices 2, 5 et 6 se retrouvent dans les manipulations ; le défi se rejoue dans la manipulation 4.