Essai de flexion par choc Charpy : valeurs KV, température de transition et J0/J2/K2

L'essai

Un marteau pendulaire frappe une petite éprouvette entaillée et l'énergie absorbée lors de sa rupture est enregistrée en joules. L'éprouvette standard mesure 10 × 10 × 55 mm avec une entaille en V de 2 mm de profondeur ; le résultat est noté KV (K pour le type d'essai, V pour la géométrie de l'entaille en V). Les méthodes applicables sont l'EN ISO 148-1 en Europe et l'ASTM E23 aux États-Unis. Outre l'énergie, les laboratoires peuvent indiquer l'expansion latérale et le pourcentage de rupture ductile (cisaillement) sur les faces rompues.

Pourquoi la température change tout

Les aciers ferritiques n'absorbent pas une quantité constante d'énergie. Lorsque la température baisse, l'énergie absorbée chute — parfois brutalement — d'un palier supérieur élevé (rupture tenace et ductile) à un palier inférieur bas (rupture plane et fragile). L'intervalle entre les deux est la transition ductile–fragile. Une structure est sûre par temps froid lorsque sa température de service reste au-dessus de la plage de transition de son acier, ce qui explique exactement pourquoi les normes spécifient une température d'essai et une énergie minimale à cette température plutôt qu'une valeur à température ambiante.

Les aciers inoxydables austénitiques, avec leur structure cubique à faces centrées, ne présentent pas de transition nette — l'une des raisons pour lesquelles ils dominent le service cryogénique.

Lire J0, J2 et K2

Dans les aciers de construction EN 10025, le suffixe de la désignation code l'exigence de résilience :

Suffixe	Énergie minimale	Température d'essai
JR	27 J	+20 °C (température ambiante)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

La lettre donne le niveau d'énergie (J = 27 J, K = 40 J) et le chiffre donne la température (R = ambiante, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). Ainsi, S355J2 et S355K2 sont essayés à la même température de −20 °C, mais K2 doit absorber 40 J au lieu de 27 J. D'autres normes de produits étendent l'échelle à des services plus froids — les nuances normalisées de l'EN 10025 et les nuances pour appareils à pression de l'EN 10028 sont couramment essayées à −40 °C ou −50 °C.

Détails qui décident de la réussite ou de l'échec

• Orientation. Les normes de produits précisent si les éprouvettes de résilience sont longitudinales ou transversales par rapport au sens de laminage ; les valeurs transversales sont généralement plus faibles, et un certificat indiquant la direction la plus facile ne prouve pas celle qui est exigée.
• Série de trois. L'acceptation est normalement jugée sur la moyenne de trois éprouvettes ; les valeurs individuelles sont généralement autorisées à descendre jusqu'à environ 70% du minimum spécifié. Des règles de contre-essai définies s'appliquent lorsqu'une série échoue.
• Éprouvettes de dimensions réduites. Lorsque le produit est plus mince que 10 mm, des éprouvettes de 7.5, 5 ou 2.5 mm de largeur sont utilisées. L'énergie moyenne minimale requise est alors réduite proportionnellement à la section transversale de l'éprouvette, comme indiqué dans la norme de produit — les résultats sur éprouvettes réduites ne sont pas directement interchangeables avec les valeurs en pleine dimension.
• La qualité de l'entaille et l'étalonnage de la machine sont importants : une entaille émoussée ou un percuteur usé gonfle les résultats, ce qui explique pourquoi les laboratoires accrédités vérifient leurs machines avec des éprouvettes de référence certifiées.