Résistance aux chocs avec entaille

La ténacité d’un matériau dépend notamment de la température. En règle générale, les matériaux sont plus tenaces à des températures élevées. À basse température, ils sont moins élastiques. Ils deviennent cassants. Conséquence : ils se brisent plus facilement.

À titre indicatif : les matériaux à structure cubique à faces centrées restent tenaces même à basse température. Parmi ceux-ci figurent notamment le nickel, le cuivre et l'aluminium. Les matériaux à structure cubique à corps centré et ceux à structure hexagonale ne sont tenaces qu'à des températures élevées. À basse température, ils sont cassants.

Pour mesurer la résilience, on utilise l'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée. Lors de cet essai, un éprouvette entaillée de section carrée est placée sur deux supports. Un marteau pendulaire brise l'éprouvette. On mesure ensuite l'énergie d'impact absorbée. Pour ce faire, on mesure soit la profondeur de l'entaille, soit, en cas de rupture de l'éprouvette, la hauteur à laquelle le pendule revient en arrière. L'énergie d'impact absorbée est calculée à partir du poids du pendule et de la différence entre sa position initiale et sa position finale.
En règle générale, l'essai de résilience par flexion est réalisé à 20 °C. Cette méthode est toutefois particulièrement adaptée à l'étude des matériaux à différentes températures.

Pour mesurer la résistance aux chocs, ce sont surtout ces trois méthodes de mesure qui se sont imposées :

L'essai de résilience Charpy est l'une des méthodes les plus couramment utilisées dans la pratique des essais industriels pour mesurer la résistance aux chocs des matériaux. Cette méthode est normalisée selon la norme DIN EN ISO 179. Elle permet d'évaluer la ténacité d'un plastique soumis à une contrainte brusque. Les matériaux présentant une très grande ténacité ne se brisent pas. Le dispositif Charpy prévoit que l'éprouvette soit positionnée sur deux supports. Un marteau pendulaire vient alors frapper l'éprouvette.

Cette méthode de mesure remonte à G. A. A. Charpy. Certes, c’est Russel qui, en 1898, a introduit pour la première fois un marteau pendulaire comme dispositif d’essai de résistance aux chocs. Charpy a toutefois utilisé cette méthode dès 1901 pour évaluer la ténacité des matériaux métalliques. C'est en 1904 qu'il a proposé l'énergie de choc intégrale comme valeur de ténacité.

L'essai de flexion par choc selon Izod est normalisé selon la norme DIN EN ISO 180. Cette méthode convient aux masses moulées par injection et par extrusion thermoplastiques rigides, aux matériaux thermodurcissables et aux polymères thermotropes à cristaux liquides, ainsi qu'aux matériaux chargés et renforcés. Dans ce cas, l'essai de résilience par flexion mesure l'énergie d'impact absorbée lors de la rupture d'un corps d'impact entaillé. Cette énergie est rapportée à la section transversale initiale de l'éprouvette au niveau de l'entaille. Contrairement à la méthode Charpy, le marteau pendulaire frappe ici du côté où se trouve l'entaille, et non du côté opposé à celle-ci.

Lors de l'essai de flexion avec entaille selon la méthode Dynstat, on utilise un échantillon présentant une entaille en U (0,8 ± 0,1 mm) sur toute sa largeur. Celle-ci est préalablement réalisée à la scie, au rabot ou par fraisage. L'entaille doit être suffisamment profonde pour que la section transversale résiduelle représente les deux tiers de la section transversale d'origine. Par ailleurs, l'échantillon ne doit présenter aucun dommage ni défaut visible à l'œil nu. Si tel est le cas, ceux-ci doivent être éliminés par meulage et polissage. L'échantillon est placé sur chant. Le pendule frappe alors l’extrémité libre de l’éprouvette, au-dessus de l’encoche. Lors du choc sur l’éprouvette, les énergies du marteau pendulaire peuvent être de 0,2 J, 0,5 J, 1,0 J ou 2,0 J. La vitesse d'impact du marteau pendulaire est de 2,2 m/s.

L'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Dynstat est principalement utilisé lorsque la quantité de matériau disponible est limitée. C'est le cas, par exemple, lors des essais sur des composants. La méthode est normalisée selon la norme DIN 53435.