Essais de matériaux : un guide complet pour vous.

Qu’est-ce que l’essai des matériaux ?

L’essai des matériaux est un processus qui se déroule systématiquement pour tester les propriétés physiques et mécaniques de différents matériaux. Ces matériaux comprennent les métaux, les plastiques, les céramiques et les composites. Il est important de tester les matériaux et d’apprendre comment ils réagissent dans différentes conditions. Pourquoi ? pour savoir si les matériaux conviennent à vos applications spécifiques. Où effectuer un essai de matériau ? Dans un large éventail de contextes et d’industries, comme la construction, la fabrication ou même l’aérospatiale.

Pourquoi l’essai des matériaux a-t-il un but？ ?

Les raisons pour lesquelles nous testons les matériaux concernent la sécurité, la qualité et la performance. Nous voulons nous assurer que les matériaux fonctionnent comme ils ont été conçus. Voici quelques raisons pour lesquelles nous testons les matériaux :

Assurance de la sécurité

Si nous considérons le matériau au sens d’un pont, nous devons savoir si le matériau ne risque pas de ne pas assurer la sécurité des personnes et des voitures qui empruntent le pont.

Contrôle de la qualité

Les essais de matériaux garantissent que les articles satisfont aux critères et aux exigences nécessaires. Cela permet d’assurer la cohérence de la fabrication, de réduire les défauts et de garantir que le produit fini fonctionne comme prévu.

Optimiser la sélection des matériaux

L’essai de nombreux matériaux aide les ingénieurs à choisir les meilleurs pour un usage donné. Dans des secteurs comme la fabrication ou la conception, où le choix des matériaux peut avoir une incidence considérable sur le coût, la fonctionnalité et la durée de vie des produits, cet aspect est essentiel.

Evaluation des performances

Dans diverses conditions – températures extrêmes, humidité, pression ou usure physique – les essais révèlent comment les matériaux réagissent. Cela permet de clarifier pour les fabricants la durée de vie et la fiabilité des matériaux dans un environnement pratique.

Efficacité économique

Les essais aident les entreprises à éviter des erreurs de fabrication coûteuses. L’identification précoce de la baisse de performance d’un matériau peut permettre d’éviter des rappels coûteux, des modifications de conception ou des litiges.

Conformité avec les règlements

De nombreux secteurs sont régis par des critères réglementaires stricts concernant les performances des matériaux (normes ISO et ASTM, par exemple). Les essais de matériaux garantissent que les composants utilisés dans les produits respectent ces règles, protégeant ainsi le fabricant et les clients.

Innovation et développement

Grâce à des essais approfondis, de nouveaux matériaux ou combinaisons de matériaux peuvent être évalués en fonction de leurs possibilités d’utilisation créative, ce qui favorise la croissance technologique et l’évolution des produits.

Types d’essais de matériaux

1. Essais mécaniques

Evalue la réponse des matériaux aux forces appliquées.

• Essai de traction (essai de traction): L’essai de traction, souvent connu sous le nom d’essai de traction, mesure la résistance d’un matériau sous l’effet d’une tension, d’un étirement ou d’une traction.
• Essai de compression: L’essai de compression** évalue le comportement d’un matériau en compression.
• Essai de dureté Souvent par indentation (par exemple, Rockwell, Brinell, Vickers), l’essai de dureté mesure la résistance à la déformation d’un matériau.
• Essais d’impact : évaluée par des essais d’impact (par exemple, essais Charpy, Izod), l’absorption par un matériau de chocs ou d’impacts abrupts.
• Mesure la réponse des matériaux à des charges et décharges répétées dans le temps lors d’un essai de fatigue.
• Essai de flexion/flexion: Détermine la capacité d’un matériau à résister à la flexion sous contrainte à l’aide d’un essai de flexion/flexion.

2. Essais thermiques

Examine comment les matériaux réagissent aux changements de température.

• Test de conductivité thermique: Le test de conductivité thermique est la mesure de la conductibilité thermique d’un matériau.
• Essai de dilatation thermique: L’essai de dilatation thermique évalue la contraction ou la dilatation du matériau en fonction des variations de température.
• Essai de résistance à la chaleur: La stabilité des matériaux à haute température est évaluée dans l’essai de résistance à la chaleur (par exemple, point de fusion, détérioration).
• Calorimétrie différentielle à balayage (DSC):La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) détermine les points de fusion, la cristallisation et les transitions thermiques.

3. Essais chimiques

Détermine le comportement d’un matériau dans différents environnements chimiques.

• Essai de corrosion Mesure la résistance d’un matériau à la détérioration provoquée par l’exposition à des composants tels que l’humidité, le sel ou les acides dans Essai de corrosion.
• Analyse de la composition chimique: ** analyse la composition chimique de l’article, généralement par spectroscopie ou par une autre méthode.
• examine les réactions des matériaux à des conditions basiques ou acides.

4. Contrôle des propriétés physiques

Mesure des caractéristiques non mécaniques telles que la densité ou la forme.

• Test de densité: Le test de densité est la masse par unité de volume d’une substance.
• Test de porosité Important pour la filtration ou l’isolation, le test de porosité détermine le volume des zones vides d’une substance.
• Test du taux d’humidité Mesure le taux d’eau ou d’autres composants volatils dans un matériau dans le Test du taux d’humidité.
• Test de gravité spécifique: Compare la densité d’un matériau à celle de l’eau dans le Test de gravité spécifique.

5. Essais environnementaux

Simuler des conditions naturelles ou extrêmes pour évaluer la performance des matériaux.

• Essais d’exposition aux intempéries : les essais d’exposition aux intempéries évaluent la dégradation des matériaux en fonction de l’ensoleillement, de la pluie et d’autres variables météorologiques.
• Test UV: détermine la résistance d’un matériau aux dommages causés par la lumière UV.
• Tests de vieillissement: Simule l’exposition à long terme à des éléments environnementaux tels que la chaleur, la lumière ou l’humidité dans les tests de vieillissement.

6. Essais de fatigue et de fluage

Evalue la façon dont les matériaux se comportent dans le temps sous l’effet d’une contrainte.

• Essai de fluage Généralement à haute température, l’essai de fluage permet de mesurer la déformation progressive d’un matériau sous une tension constante.
• Essai de fatigue:Evalue la réaction d’un matériau au cours de plusieurs cycles de charge, ce qui permet de se rapprocher d’une utilisation à long terme.

7. Essais microscopiques et structuraux

Etudie la structure interne ou les caractéristiques microscopiques d’un matériau.

• Essai métallographique: Examine la microstructure des métaux (taille des grains, structure des phases).
• Diffraction des rayons X (DRX): Analyse les structures cristallines des matériaux, généralement des métaux ou des céramiques.
• Microscopie électronique à balayage (MEB): Elle fournit des images à haute résolution des surfaces des matériaux et de leurs caractéristiques internes.

8. Essais électriques et magnétiques

Evalue la façon dont les matériaux interagissent avec les champs électriques et magnétiques.

• Test de conductivité: Mesure la capacité d’un matériau à conduire l’électricité dans le cadre d’un test de conductivité.
• Test magnétique: Le test magnétique évalue les caractéristiques magnétiques telles que la perméabilité ou la coercivité.
• Essai diélectrique:L’essai diélectrique mesure les qualités d’isolation électrique d’une substance.

9. Essais optiques et visuels

Evalue la réponse d’un matériau à la lumière ou aux conditions visuelles.

• Test de transparence: Détermine la quantité de lumière qui passe à travers un matériau (important pour le verre ou le plastique).
• Test de couleur: Mesure la tenue de la couleur d’un matériau dans différentes conditions.

Essais destructifs et essais non destructifs

Contrôle destructif (DT)

**Les essais destructifs** sont des essais qui altèrent ou détruisent de façon permanente la substance testée, comme le terme l’indique. En général, ces essais ont pour but de vérifier les caractéristiques mécaniques du matériau dans des environnements difficiles.

Caractéristiques:

• Dégâts matériels: Généralement, le matériau est détruit ou radicalement modifié pendant le test.
• Cas d’utilisation: Lorsqu’il est important de connaître les limites ultimes de performance du matériau ou lorsqu’un échantillon n’est pas nécessaire pour une utilisation future.
• Généralement plus coûteuse car elle nécessite plus d’échantillons, mais elle permet d’obtenir des données précises et complètes.

Avantages:

• Offre des informations précises sur les limites ultimes d’une substance.
• Permet d’évaluer les modes de défaillance (tels que la rupture et la fissuration) dans des environnements difficiles.

Inconvénients:

• Si l’échantillon est détruit, il ne peut être réutilisé.
• Nécessite de nombreux échantillons pour divers tests, ce qui peut être coûteux et prendre du temps.

Contrôle non destructif (CND)

Les essais non destructifs désignent un ensemble de techniques utilisées pour évaluer les propriétés d’un matériau, d’un composant ou d’une structure sans l’endommager. Les essais non destructifs permettent de tester les matériaux dans leur état de fonctionnement et sont utilisés pour détecter les défauts ou évaluer les performances sans altérer ou détruire l’échantillon.

Caractéristiques:

• Aucun dommage matériel: L’échantillon reste intact et peut généralement être réutilisé après le test.
• Idéal pour l’inspection de grandes quantités de matériaux, de produits finis ou de composants de services en cours, sans impact sur la fonctionnalité.
• Moins coûteux au fil du temps, car il ne nécessite pas la destruction d’échantillons de matériaux. Elle est également plus rapide pour tester des lots importants ou des matériaux en service.

Avantages:

• Le matériel peut être réutilisé après avoir été testé.
• Peut être réalisé sur place, en particulier pour les grandes structures (par exemple, les ponts, les pipelines, les avions).
• Permet d’obtenir des résultats rapides et une interruption minimale de la production ou des opérations.

Inconvénients:

• Elles peuvent ne pas fournir autant d’informations détaillées sur les propriétés mécaniques d’un matériau que les méthodes destructives.
• La détection de certains types de défauts (par exemple, les fissures profondes) peut être difficile, voire impossible, avec certaines méthodes de CND.
• Une formation et un équipement spécialisés sont nécessaires pour obtenir des résultats précis.

Tableau de comparaison:

Méthodes normalisées d’essai des matériaux

Plusieurs organisations développent et publient des méthodes d’essai normalisées afin de garantir la cohérence et la fiabilité des évaluations des matériaux. Voici quelques organisations clés et leurs contributions :

ASTM International
Anciennement connue sous le nom de The American Society for Testing and Materials (ASTM), aujourd’hui connue sous le nom d’ASTM International, la société développe et publie des normes consensuelles volontaires pour les matériaux, les produits, les systèmes et les services. Leurs normes couvrent une large gamme de matériaux, y compris les métaux, les polymères et les composites. astm.org

Organisation internationale de normalisation (ISO)
L’ISO est une organisation internationale non gouvernementale indépendante qui élabore et publie des normes internationales. Elle dispose de toutes sortes de normes relatives aux essais, y compris les propriétés mécaniques des matériaux, la composition chimique et les performances environnementales.

Projet Versailles sur les matériaux avancés et les normes (VAMAS)
Le projet VAMAS est une organisation internationale de collaboration axée sur l’élaboration de normes pour les matériaux avancés. Il implique des instituts nationaux de métrologie, des universités, des instituts de recherche et l’industrie. Il s’agit d’experts de premier ordre dans le domaine car ils traitent de sujets scientifiques très techniques.Wikipedia

American National Standards Institute (ANSI)
L’ANSI (American National Standards Institute) est l’organisation qui a examiné toutes ces normes aux États-Unis. C’est là que tout le monde vient se référer à toutes les normes relatives à tous ces différents équipements d’essai et à la manière d’utiliser les méthodes d’essai. webstore.ansi.org

Défis en matière d’essais de matériaux

1. Préparation incohérente des échantillons

Les différentes façons de préparer l’échantillon peuvent conduire à des résultats différents lors du test. Des éléments tels que la forme de la découpe, les défauts induits par l’usinage et l’ondulation des fibres peuvent tous avoir un impact sur les résultats des essais physiques. Là encore, il faut être précis sur ce que les personnes doivent faire.

2. les facteurs environnementaux

Le critère d’essai peut être affecté par des facteurs tels que la température, l’humidité ou la contamination du matériau. Contrôlez ces variables, car elles peuvent toutes affecter le résultat de votre test.

3 Limites de l’équipement

Tous les équipements d’essai ont des limites. Il peut avoir des problèmes de capacité, de précision ou de compatibilité des matériaux. Le résultat d’un essai peut être faussé par une défaillance mécanique, un problème logiciel ou un problème d’étalonnage.

4. Variabilité des matériaux

Les défauts d’alignement des fibres et les zones riches et pauvres en résine peuvent entraîner une variabilité des composites en cours de fabrication et à la fin du processus. La dispersion des propriétés mécaniques peut rendre les tolérances de conception plus difficiles à définir en raison de cette imprévisibilité.

5. Préoccupations en matière de sécurité

Les essais peuvent porter sur des produits dangereux ou se dérouler dans un environnement dangereux. Les travailleurs chargés des essais sont en danger dans ces circonstances. Naturellement, l’organisation doit limiter les risques en mettant en place des pratiques appropriées et en formant les travailleurs qui utilisent ce type de tests à la manipulation d’éléments ou de circonstances dangereux.

6. Gestion des données

Enfin, les tests génèrent beaucoup de données. La collecte, l’analyse et l’interprétation de toutes ces données peuvent s’avérer difficiles, c’est pourquoi vous avez besoin de solutions de gestion des données robustes pour prendre les meilleures décisions en matière de tests.

7. contraintes budgétaires et temporelles

Les tests nécessitent des ressources importantes, du temps et de l’argent. Vous voulez réaliser le meilleur test possible, mais vous disposez d’un temps et d’un argent limités. La combinaison de ces éléments fait qu’il est presque paradoxal d’effectuer des tests précis.

Qu’est-ce qu’une application d’essai des matériaux ?

1. Industrie automobile

Les essais de matériaux sont essentiels dans l’industrie automobile pour évaluer les composants du moteur, le châssis et les systèmes de sécurité. Les essais permettent de s’assurer que les matériaux peuvent supporter les charges, les températures et les conditions environnementales rencontrées lors de l’utilisation d’un véhicule. Cette procédure est essentielle pour concevoir des automobiles à la fois sûres et durables.

2. l’industrie aérospatiale

L’industrie aérospatiale a besoin de matériaux capables de résister aux conditions extrêmes de l’espace, aux vitesses et aux températures élevées, ainsi qu’à l’énorme pression exercée lors de l’atterrissage et du décollage. Lorsque ces matériaux ne sont pas testés dans des conditions réelles, ils échouent. C’est pourquoi la FAA et d’autres organismes de réglementation ont établi des directives strictes concernant les tests à effectuer sur ces matériaux.

3. l’industrie de la construction

Dans le secteur de la construction, votre équipement scientifique permet de mesurer la résistance et la qualité des matériaux. Sur les chantiers de construction, on teste souvent le béton pour s’assurer de sa résistance. Ils testent l’acier pour s’assurer de la résistance et de la qualité nécessaires à l’utilisation du bâtiment. Ils testent également les défauts des matériaux composites et autres.

Dans le secteur de l’énergie, ils testent des matériaux pour les plates-formes pétrolières et les oléoducs, par exemple. L’éolienne qui se trouve au milieu de l’océan doit résister au sel. On teste la résistance et la flexibilité (due à l’expansion et à la contraction) d’un panneau solaire. Tous ces éléments sont mis à rude épreuve pour tester les matériaux.

5. Industrie électronique

En électronique, ce sont surtout les matériaux semi-conducteurs et le niobium et le tantale qui sont testés. Ils testent les cartes de circuits intégrés pour s’assurer qu’elles sont construites conformément aux normes. Tout ce qui passe par cette carte est mis à sa place correctement. Ils testent les matériaux des écrans pour s’assurer qu’ils peuvent résister à l’action électrique.

6. l’industrie pharmaceutique

Dans le secteur pharmaceutique, de nombreux tests sont effectués sur les matériaux. Ils testent les matériaux utilisés pour l’emballage afin de s’assurer qu’ils ne vont pas lixivier le plomb dans le produit. Lorsque le produit est scellé et stocké, les composants de l’emballage ne peuvent pas réagir négativement avec les composés médicinaux proprement dits. Ils testent donc les matériaux pour s’en assurer.

7. l’industrie alimentaire et des boissons

Dans l’industrie des aliments et des boissons, on teste les matériaux pour s’assurer que l’emballage ne libère pas de substances nocives dans les aliments. Par exemple, le plastique dégage-t-il des gaz ? Laisse-t-il passer du plomb ou d’autres substances nocives dans les aliments ? Tous ces éléments sont testés.

Conclusion

Il est essentiel de tester les matériaux dans tous les domaines. Personne ne veut produire des aliments toxiques qui empoisonnent les gens et être poursuivi en justice. Personne ne veut fabriquer des voitures dangereuses qui causent des accidents et être poursuivi en justice. Personne ne veut construire un bâtiment qui s’effondre et être poursuivi en justice. Personne ne veut vendre un produit dont l’emballage contient des matériaux nocifs qui se retrouvent dans les aliments, parce qu’il y aura des poursuites. Quoi que vous fassiez, vous ne voulez pas être poursuivi en justice.