Essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy

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Un mouton pendule Charpy (le couteau est en position basse).

L'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy a pour but de mesurer la résistance d'un matériau à la rupture brutale. Il est fréquemment appelé essai de résilience Charpy ou même essai Charpy. Il porte le nom de l'ingénieur français Georges Charpy (1865-1945) qui en fut un des principaux théoriciens et promoteurs. Il mit en particulier au point la machine qui permet de réaliser l'essai et qui est appelée Mouton Charpy.

[modifier] Histoire

Le premier à avoir introduit la notion de mesure de la force résiduelle nécessaire pour obtenir la rupture d'un matériau est l'américain Russel en 1897 (publication à l'American Society of Civil Engineers). Il mit au point en 1896 une machine de rupture ancêtre du mouton pendule actuel. Cependant Russel ne considérait pas la présence de l'entaille sur l'éprouvette comme importante et effectuait la majeure partie de ses essais sans entaille.

En 1897, le français Frémont présenta une machine, à l'occasion d'une publication au bulletin des ingénieurs civils. La force de rupture était mesurée à l'aide d'un ressort.

Georges Charpy en 1901 proposa le mouton pendule encore utilisé actuellement. Il effectua également une étude très complète et rigoureuse qui permit de proposer une méthode reproductible et fiable. À la différence de Russel, il considéra la présence de l'entaille comme fondamentale et standardisa sa forme. Son objectif était de classer les matériaux (et en particulier les métaux) en fonction de leur résilience. Il n'envisageait pas l'étude du type de rupture (ductilité, fragilité) ce qui est le cas aujourd'hui.

[modifier] Principe de l'essai

Représenttaion du mouton-pendule et des hauteur à prendre en compte pour le calcul de l'énergie absorbée.

Gros plan sur le couteau et le porte éprouvette d'un mouton Charpy.

Cet essai est destiné à mesurer l'énergie nécessaire pour rompre en une seule fois une éprouvette préalablement entaillée. On utilise un mouton-pendule muni à son extrémité d'un couteau qui permet de développer une énergie donnée au moment du choc. Cette énergie est classiquement, dans le cas de la norme européenne, de 300 joules.

L'énergie absorbée est obtenue en comparant la différence d'énergie potentielle entre le départ du pendule et la fin de l'essai. La machine est munie d'index permettant de connaître la hauteur du pendule au départ ainsi que la position la plus haute que le pendule atteindra après la rupture de l'éprouvette.

L'énergie obtenue (en négligeant les frottements) est égale à :

$K=m\cdot g\cdot h - m\cdot g\cdot h'$

m : masse du mouton-pendule
g : accélération de la pesanteur (environ 9.81 m.s^-2)
h : hauteur du mouton-pendule à sa position de départ
h' : hauteur du mouton-pendule à sa position d'arrivée

La graduation de la machine permet généralement d'obtenir directement une valeur en joule.

Position de l'éprouvette au moment de l'impact avec le couteau du pendule.

[modifier] L'éprouvette

Dimensions et forme de l'éprouvette Charpy en V

L'éprouvette est constituée d'un barreau entaillé par usinage en son milieu. La forme d'entaille la plus fréquente est la forme en V (type A dans la norme ASTM) d'une profondeur de 2 mm. Il existe également une éprouvette avec une entaille en U (type C dans la norme ASTM).

Les dimensions générales des éprouvettes sont les suivantes :

(Dimensions en mm)	Éprouvette en V	Éprouvette en U
Longueur	55	55
Hauteur	10	10
Largeur	10	10
Hauteur éprouvette à fond d'entaille	8	5
Rayon à fond d'entaille	0,25	1
Angle de l'entaille	45°	Bords parallèles

[modifier] Normes

Américaine (ASTM) :

ASTM E23 : Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials.

Cette norme décrit également l'essai de flexion par choc Izod (moins usité que l'essai Charpy).

Européenne (CEN) :

EN 10045-1 : Matériaux métalliques - Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy - Partie 1 : méthode d'essai.
EN 10045-2 : Matériaux métalliques - Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy - Partie 2 : vérification de la machine d'essai (mouton-pendule).

Internationale (ISO)

EN ISO 179-1 : Plastiques - Détermination de la résistance au choc Charpy - Partie 1 : essai de choc non instrumenté
EN ISO 179-2 : Plastiques - Détermination de la résistance au choc Charpy - Partie 2 : essai de choc instrumenté

[modifier] Bibliographie

C.W. Richards (traduction G. Lehr), La science des matériaux, édition Dunod, Paris, 1965
Guy Murry, Aide-mémoire métallurgie - Métaux, alliages, propriétés, collection Aide-mémoire de l'ingénieur, édition Dunod, Paris, 2004, ISBN 2 10 007599 3.
G. Charpy: Note sur l’essai des métaux à la flexion par choc de barreaux entaillés, Mémoire et compte-rendus de la Société des ingénieurs civils de France, 1901