Essais de traction dans le sens de l'épaisseur des tôles d'acier (essais Z)

Des essais de traction dans le sens de l'épaisseur ou « essais Z » sont réalisés pour évaluer les propriétés mécaniques de l'acier dans le sens de l'épaisseur d'une tôle. L'essai implique l'application de forces de traction sur un barreau d'essai de traction, avec l'axe de du barreau perpendiculaire à la direction de laminage de la tôle d'acier. Le but principal du test Z est de mesurer la résistance à la fissuration par arrachement lamellaire en déterminant les propriétés de déformation perpendiculaires à la surface du produit.

Acier de qualité Z

Le terme «qualité Z» est utilisé depuis des années. Il est souvent spécifié pour des applications critiques dans les structures en acier avec des épaisseurs de tôle plus importantes, lorsque des contraintes sont dans le sens de l'épaisseur et où des exigences plus strictes portent sur la capacité de déformation du matériau.

Tests Z

La norme EN 10164 «Aciers de construction à caractéristiques de déformation améliorées dans le sens perpendiculaire à la surface du produit - Conditions techniques de livraison» définit trois classes de qualité Z; Z15, Z25 et Z35. Lorsqu'une éprouvette, prélevée dans le produit en acier dans le sens de l'épaisseur, est soumise à une contrainte de traction, après avoir atteint la force de traction maximale, sa section transversale diminue jusqu'à ce que l'éprouvette se casse. La striction Z est définie comme le pourcentage de réduction de la section transversale par rapport à la section transversale d'origine. Par exemple, pour répondre à la qualité Z35, trois échantillons de test doivent atteindre une réduction de section transversale moyenne d'au moins 35%. Les valeurs individuelles ne peuvent pas être inférieures à 25%. Le matériau est alors classé comme suffisamment ductile, étant un matériau ayant une capacité de déformation suffisante conformément à la classe de qualité applicable.

La principale raison pour laquelle un produit en acier ne répondrait pas à cette exigence est que les impuretés, en particulier le soufre, précipitent le long des joints de grains, réduisant l'adhérence intergranulaire. Lorsque des produits en acier sont laminés, des inclusions non métalliques peuvent également être présentes dans les produits en acier et entraîneront une faiblesse marquée dans le sens de l'épaisseur.

EN 10164, ASTM A770, AS 3678, AS 1391 sont quelques-unes des normes applicables utilisées pour effectuer les tests Z. La manière dont les barres d'essai doivent être usinées et testées est décrite ici.

Procédure pour tôles épaisses

Conformément à la norme EN 10164, avec des tôles suffisamment épaisses (épaisseur > 20 mm), l'échantillon à tester peut être prélevé dans l’ intégralité de l’épaisseur de la tôles.

Procédure pour les tôles minces

Pour les plus petites épaisseurs de tôles, des extensions doivent être soudées à la plaque en utilisant un soudage par friction, en limitant ainsi la zone affectée thermiquement. La procédure expérimentale complète, du soudage aux essais, peut être réalisée par l'Institut Belge de la Soudure et est décrite ci-dessous.

Des disques ronds sont usinés à partir des tôles à tester.
Des extensions sont soudées sur les deux surfaces des échantillons de disques par soudage par friction, après optimisation des paramètres de soudage par friction, pour limiter l'apport de chaleur et la dégradation des propriétés du matériau dans la zone d'essai.
La surépaisseur des disques est fraisée.
Détermination de la géométrie de l'éprouvette.
Des barreaux d’essai de traction sont préparées et les essais Z sont effectués. L'essai Z est effectué de la même manière qu'un essai de traction ordinaire, sauf que seule la striction est mesurée et non la résistance à la traction.