Essai de fatigue / Essai de fluage
L’essai de fatigue, également appelé essai de fluage, est un essai de matériau destructif permettant de déterminer la résistance à long terme et à la chaleur d’un matériau. Lors de l’essai de fatigue, une éprouvette est soumise à une température élevée et à une force ou une contrainte de traction constante pendant une période prolongée. Pour cela, on distingue les essais à court terme jusqu’à env. 10 000 heures des essais à longs termes à partir d’env. 10 000 heures.
L’essai de fatigue (essai de fluage) a pour objectif la prédiction de la durée de vie d’un matériau sous certaines conditions. Pour la réalisation des essais de fluage selon différentes normes, ZwickRoell fournit des machines d’essai de fluage à haute précision.
Définition de « fluage » Valeurs caractéristiques Résistance au fluage 3 phases de l’essai de fluage Aperçu des types d’essai Formes éprouvettes Principales normes Machines d’essai FAQ
Qu’entend-on par fluage ?
Le fluage désigne la déformation plastique continue d’un matériau sur une longue période. La présence de faibles charges et de températures élevées sur une durée prolongée suffit à provoquer une déformation permanente des matériaux tels que le métal, la céramique, le plastique etc.
Les facteurs suivants influencent le fluage de manière déterminante :
- ampleur de la charge
- niveau de la température
- durée d’application de la charge
Quelles sont les caractéristiques déterminées lors d’un essai de fluage (essai de fatigue) ?
- Temps jusqu’à la rupture de l’éprouvette (limite de rupture)
- Allongement permanent
- Allongement à la rupture par fluage
- Striction à rupture par fluage
- Temps limite de fluage
- Limite d’élasticité
- Module de fluage (rapport entre tension et allongement en fonction de la limite de charge)
- Limite de fatigue
- Allongement de fluage
- Tension de relaxation
Qu’est-ce que la limite de fatigue (résistance au fluage) ?
La limite de fatigue permet de déterminer la durée de vie d’un matériau sous certaines conditions. Elle indique la contrainte mécanique entraînant la rupture du matériau à température constante sur une période donnée. Celle-ci est déterminée selon les essais de fluage et décisive pour l’utilisation des matériaux dans diverses applications. Seule une faible déformation des composants pour l’aéronautique et l’aérospatiale et des pièces de moteur est admise en présence de charges et de températures élevées. Si les composants ont déjà expérimenté un allongement de fluage, ils ne prendront plus leur forme initiale, même après déchargement. L’application d’une contrainte trop importante sur un matériau pendant une longue période peut provoquer des fissures, voire une rupture.
Les trois phases de l’essai de fluage
L’essai de fluage est divisé en trois phases : les phases primaire, secondaire et tertiaire de fluage. Ces courbes de fluage fournissent des informations relatives au taux de fluage sur une période déterminée.
Lors de la phase de fluage primaire, la résistance mécanique du matériau augmente sous l’effet de la déformation plastique et la vitesse de fluage diminue.
L’allongement et la durée importante de l’essai provoquent l’apparition progressive d’un durcissement et d’une déformation. Cette phase se caractérise par une vitesse de fluage constante et est désignée comme phase de fluage secondaire.
Lors de la phase de fluage tertiaire, la vitesse de fluage augmente considérablement en raison de l’endommagement du matériau et se termine par la rupture de l’éprouvette. La phase de fluage tertiaire représente une courte durée par rapport à la durée de vie d’un matériau. Le fluage secondaire représente la plus grande part de la durée de vie totale.
Aperçu des types d’essai principaux
Essai de fatigue / Essai de fluage
Modélisation de l’allongement
Essai de relaxation
Essai de propagation de fissure
Essai de fatigue (CF)
Essai de propagation de fissure par fatigue (CFCG)
Essai de fatigue thermomécanique (TMF)
Formes éprouvettes courantes
- Éprouvette cylindrique avec tête filetée
- Éprouvette cylindrique avec tête filetée et couteaux de mesure
- Éprouvette cylindrique entaillée avec tête filetée
- Éprouvette plate avec tête en épaulement et alésage
- Éprouvette plate avec tête en épaulement et couteaux de mesure
- Éprouvettes de segment de tuyau
- Éprouvette CT
Principales normes pour les essais de fluage sur matériaux métalliques
Les exigences et la réalisation d’essais de fluage sont indiquées dans les normes ISO et ASTM pour matériaux métalliques et plastiques.
- ISO 204 Matériaux métalliques - Essai de fluage uniaxial sous sollicitation de traction
- ASTM E139 Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials
- EN 2002-005 Méthode d’essai pour matériaux métalliques - Partie 005 : Essais de fluage et de fatigue sous sollicitation de traction constante
- ASTM E328 Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures
- ISO 15630-3 Steel for the reinforcement and prestressing of concrete - Test methods
- ASTM G129 Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking
- ASTM F519 Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating/Coating Processes and Service Environments
- ASTM F1624 Standard Test Method for Measurement of Hydrogen Embrittlement Threshold in Steel by the Incremental Step Loading Technique
- ASTM E1457 Standard Test Method for Measurement of Creep Crack Growth Times in Metals
- ASTM E2760 Standard Test Method for Creep-Fatigue Crack Growth Testing
- ASTM E647 Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates
- ASTM E2714 Standard Test Method for Creep-Fatigue Testing
- ASTM E606 Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing
- ISO 12106 Metallic materials - Fatigue testing - Axial-strain-controlled method
- Validated Code-of-Practice for Strain-Controlled Thermo-Mechanical Fatigue Testing
- ISO 12111 Metallic materials - Fatigue testing - Strain-controlled thermomechanical fatigue testing method
- ASTM E2368 Standard Practice for Strain Controlled Thermomechanical Fatigue Testing
Principales normes pour les essais de fluage sur plastiques
- ISO 899-1 Détermination du taux de fluage - Partie 1 : Essai de traction-fluage
- ISO 899-2 Détermination du taux de fluage - Partie 2 : Essai de flexion-fluage sous charge trois points
- ASTM D2990 Standard Test Methods for Tensile, Compressive and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics
- ISO 16770 Plastics - Determination of environmental stress cracking (ESC) of polyethylene - Full-notch creep test (FNCT)
- ISO 3384-1 Rubber, vulcanized or thermoplastic - Determination of stress relaxation in compression
Questions fréquemment posées sur l’essai de fatigue/essai de fluage
L’essai de fluage, également appelé essai de fatigue, est un essai de matériau destructif permettant de déterminer la résistance à long terme et à la chaleur d’un matériau. Lors de l’essai de fatigue, une éprouvette est soumise à une température élevée et à une force ou une contrainte de traction constante pendant une période prolongée.
L’essai de fatigue (essai de fluage) a pour objectif la prédiction de la durée de vie d’un matériau sous certaines conditions.
Lors de l’essai de fatigue, une éprouvette est soumise à une température élevée et à une force ou une contrainte de traction constante pendant une période prolongée. Pour cela, on distingue les essais à court terme jusqu’à env. 10 000 heures des essais à longs termes à partir d’env. 10 000 heures.
Des machines d’essai de fluage sont utilisées pour procéder à l’essai. Les axes d’essai sont équipés de mâchoires de traction qui permettent de retenir les éprouvettes de traction sans glissement. En fonction de l’exigence et de l’essai, plusieurs systèmes de chauffage sont disponibles afin de simuler les différentes températures ambiantes.
Les exigences et la réalisation d’essais de fluage sont indiquées dans les normes ISO et ASTM pour matériaux métalliques et plastiques.
Le fluage désigne la déformation plastique continue d’un matériau sur une longue période. La présence de faibles charges et de températures élevées sur une durée prolongée suffit à provoquer une déformation permanente des matériaux tels que le métal, la céramique, le plastique etc.
Facteurs d’influence déterminants :
- ampleur de la charge
- niveau de la température
- durée d’application de la charge
