Brevet FR2485196A1 — publié le 19811224

DISPOSITIF DE FIXATION D'EPROUVETTES POUR ESSAIS DE TRACTION DE MATERIAUX A HAUTE TEMPERATURE. L'invention a pour objet un dispositif de fixation d'éprouvettes pour essais de traction de matériaux à haute température comportant deux têtes de fixation, serrant une éprouvette en deux points et pouvant s'éloigner l'une de l'autre, chacune desdites têtes étant montée sur une culasse. L'augmentation constante des besoins de matériaux mis en oeuvre à température plus élevée, par exemple dans la construction de turbines à gaz, suppose un essai approfon- di desdits matériaux dans la plage des températures élevées. Or, les dispositifs connus pour la fixation des éprouvettes, lesquels sont métalliques, ne peuvent être utilisés que jus- qu'à 9500C au maximum. A une température plus haute, la stabilité de forme et la résistance mécanique de ces dispo- sitifs ne sort plus assurées, notamment par suite d'une résis- tance insuffisante à l'oxydation. De plus, les déformations peuvent avoir pour conséquence d'empêcher, ultérieurement, le démontage de l'éprouvette et sa séparation d'avec le dispositif de fixation. L'invention a pour but de créer un dispositif de fixation d'éprouvettes, du type visé ab initio, qui permette d'effectuer des essais de matériaux à des températures nette- ment plus élevées. Pour résoudre ce problème, il est prévu, selon l'invention, de réaliser les têtes de fixation de l'éprou- vette en céramique, chacune de leurs faces en regard l'une de l'autre présentant une ouverture qui se prolonge vers l'intérieur en s'épanouissant, tandis qu'un bloc de fixa- tion en deux parties, pourvu d'un passage axial pour l'éprou- = vette et d'une surface d'appui pour un renflement terminal de celle-ci, est placé dans chacune desdites ouvertures épanouies. L'invention vise à utiliser la résistance des céra- miques aux hautes températures, nettement supérieure aux matières métalliques et permettant leur mise en oeuvre jus- qu'à 1600'C environ. Il est vrai, cependant que les carac- téristiques de construction propres aux dispositifs de fixa- tion métalliques ne peuvent être transposées à une construc- tion en céramique. L'emploi de matériaux céramiques nécessi- te, en effet, des méthodes spéciales, car après la fabrica- tion de la pièce brute, un usinage comportant une ablation de matière à posteriori est très difficile, voire impossible. De même, l'absence d'élasticité de ces matériaux oblige à- employer des méthodes à caractéristiques spéciales pour la construction. Dans le dispositif selon l'invention, le bloc de fixation en deux parties vient entourer l'éprouvette, qui se présente sous la forme d'une tige ou barrette, et on introduit le bloc dans la tête de fixation par l'intérieur de celle-ci. Sous l'action d'un effort de traction, la tête se trouvant à l'extrémité de l'éprouvette s'appuJ sur la face d'appui à l'extrémité postérieure du bloc de fixation en enfonçant ce dernier dans l'ouverture épanouie pratiquée dans la face frontale de la tête de fixation.' Grâce à la conicité de ladite ouverture, les deux moitiés du bloc de fixation serrent fortement la tige d'éprouvette en distri- buant ainsi l'effort de serrage le long de cette dernière. La tête de fixation est une pièce essentiellement cylindri- que, creuse intérieurement et dont la face antérieure pré- - sente l'ouverture conique servant à la mise en place du bloc de fixation et au passage de l'éprouvette longiligne. Ainsi, la tête de fixation ne présente qu'un petit nombre de pièces, de fabrication simple, correspondant bien aux spécifications de la construction en céramique. Le matériau, utilisé à cet effet, qui s'est avéré particulièrement approprié est le nitrure de silicium. Pour fixer les culasses qui transmettent les efforts de traction, aux têtes de fixation, il est prévu, selon un développement avantageux de l'invention, que chaque culasse pénètre dans un orifice axial de la tête correspondante, les deux pièces étant solidarisées à l'aide d'une cheville qui passe dans des canaux transversaux placés dans le pro- longement les uns des autres et ménagés respectivement dans la tête de fixation et dans la culasse. Ces canaux peuvent facilement être réalisés au moment de la fabrication de chaque pièce sans nécessiter d'usinage à posteriori, tel qu'un perçage ou un alésage. Rationnellement, les culasses sont des tubes en céramique. La forme tubulaire des culasses évite dans une large mesure les contraintes dans le matériau. Dans le domaine des hautes températures, les diffi- cultés proviennent non seulement de la fixation de l'éprouvet- te, mais encore de la mesure de l'extension de cette derniè- re. Pour résoudre le problème, un autre développement de l'invention prévoit que des supports de mesure d'allongement qui viennent en prise avec l'éprouvette, comportent une ba- gue intérieure en deux parties, fixée à l'intérieur d'une ba- gue extérieure et bloquant par une gorge circulaire un col- let formé par l'éprouvette. Chacun des supports de mesure d'extension accompagne donc les déplacements du point corres- pondant de l'éprouvette, sur laquelle il est bloqué. Les mou- vements relatifs des supports de mesure permettent de déter- miner l'allongement de l'éprouvette. La fixation de la bague intérieure dans la bague extérieure est assurée, selon un mode d'exécution de l'invention, à l'aide de chevilles qui pénètrent dans des demi-canaux complémentaires ménagés dans la bague intérieure et dans la bague extérieure. Etant donné que les chevilles et les demi-canaux dans lesquels elles pas- sent se trouvent dans des plans communs aux deux bagues, la mise en place des chevilles a pour effet de bloquer lesdites 25. bagues réciproquement, les fixant à la fois l'une par rap- port à l'autre et ensemble par rapport au collet de l'éprou- vette. Pour mesurer le mouvement relatif des supports de mesure d'allongement pendant une dilatation de l'éprouvette, un développement avantageux de l'invention prévoit que l'un au moins desdits supports de mesure vient prendre une tige qui traverse un passage ménagé dans l'autre support de me- sure d'allongement et passe dans un tube en appui sur ledit second support, tandis qu'aux extrémités de la tige et du tube situées à l'opposé des supports de mesure, un disposi- tif de mesure saisit les mouvements relatifs des deux élé- ments. La tige et le tube ainsi décrits font "sortir", en quelque sorte, le résultat de la mesure de la zone à haute température et le transmettent au dispositif enregistreur. L'invention est décrite ci-après, de façon plus détaillée, à l'aide d'un exemple d'exécution sans caractère limitatif, illustré aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe axiale du disposi- tif de fixation selon l'invention. La figure 2 est une vue plane d'un bloc de fixation en deux parties. La figure 3 est une vue plane de la bague extérieure d'un support de mesure d'allongement. La figure 4 est une vue en coupe axiale de la bague intérieure d'un support de mesure d'allongement. La charge nécessaire pour l'exécution d'essais de traction ou de fluage d'extension, est fournie par un agen- cement moteur non représenté au dessin et transmise aux eu- lasses tubulaires 3 dont chacune est solidarisée avec une tête de fixation 1. Cette dernière est sensiblement cylin- drique et présente, sur sa face antérieure, une ouverture qui se rétrécit de façon conique vers l'avant et dans la- quelle vient se loger un bloc de fixation tronconique en deux parties 2. Ce bloc 2 comporte un passage axial pour l'éprouvette 10 en forme de tige ou de barrette. A son ex- trémité, l'éprouvette 10 présente un renflement 11 qui prend appui sur la face postérieure du bloc de fixation 2. Chacune des têtes de fixation 1 comporte un alésage axial dans lequel s'encastre l'extrémité de la culasse 3 correspondante. Une cheville 4, passant dans des canaux transversaux situés dans le prolongement les uns des autres et appartenant respectivement à la tête de fixation 1 et à la culasse 3, solidarise les éléments 1 et 3. L'éprouvette 10, attelée de façon identique aux deux têtes de fixation 1, est allongée par traction axiale tendant à éloigner les deux culasses 3 l'une de l'autre. La mesure de l'allongement de l'éprouvette est effectuée à l'ai- de des deux supports de mesure d'allongement 5 et 6 bloqués sur ladite éprouvette 10. A cet effet, cette dernière com- porte, de part et d'autre de la zone médiane de son axe, des collets 12. Chacun desdits collets 12-est entouré d'une bague intérieure 13 en deux parties, dont la figure 4 permet de reconnaître le joint de séparation 14. Les deux moitiés forment ensemble la bague intérieure fermée 13 dans laquelle est ménagé un canal axial 15 pour le passage de l'éprouvette 10, ce canal 15 comportant à son tour une gorge annulaire 16 dans laquelle vient se loger le collet 12. Comme le montre la figure 1, la bague intérieure 13 est entourée d'une bague extérieure 17 dont la face interne épouse la bague intérieure. Pour éviter que la bague inté- rieure 13 ne puisse s'échapper de la bague extérieure 17, cette dernière contient deux canaux 20 parallèles aux faces frontales, lesquels coupent partiellement l'ouverture inter- ne de la bague, o ils ne -forment plus que des semi-canaux. D'autres demi-canaux 22 en regard des précédents sont mena- gés dans la surface périphérique cylindrique de la bague in- térieure 13 (figure 4). Des chevilles 8, enfoncées dans les canaux 20, bloquent la bague intérieure 13 dans la bague ex- térieure 17. Les bouts de deux tiges 23, parallèles à l'axe du dispositif,.butent contre la face inférieure du support de mesure d'allongement supérieur 5 et passent dans des passages 24 ménagés dans le support inférieur 6. Des tubes 25, entou- rant coaxialement les tiges 23, sont en appui contre la face inférieure du support de mesure d'allongement inférieur 6. Les bouts inférieurs (non représentés) des tiges 23 et des tubes 25 aboutissent à un dispositif de mesure qui peut ainsi enregistrer les variations de la distance qui sépare les deux collets 12. Les têtes de fixation 1, les blocs 2 ainsi que les supports de mesure d'allongement 5, 6 sont tous en matériau céramique,résistant aux hautes températures. Les chevilles 4 et 8 peuvent être exécutées dans le même matériau. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de fixation d'éprouvettes pour es- sais de traction de matériaux à haute température, comportant deux têtes de fixation serrant une éprouvette et pouvant s'éloigner l'une de l'autre, chacune desdites têtes étant fixée à une culasse et le dispositif étant caractérisé en ce que les têtes de fixation (1) sont en matériau céramique, que chacune d'elles présente, sur sa face frontale en regard de l'autre, une ouverture qui s'épanouit vers l'intérieur et dans laquelle vient se loger un bloc de fixation (2) en deux parties et enfin que ledit bloc présente un passage axial pour l'éprouvette (10) ainsi que sur son c8té posté- rieur une face d'appui sur laquelle vient s'appuyer ladite éprouvette par un renflement d'extrémité (11). 2 - Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des culasses (3) se loge dans un évidement axial de la tête de fixation (1) correspondante, avec laquelle elle est solidarisée à l'aide d'une cheville (4) qui passe dans des canaux transversaux en prolongement les uns des autres, ménagés respectivement dans la tête de fixation (1) et dans la culasse (3). 3 - Dispositif de fixation selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les culasses (3) sont des tu- bes en céramique. 4 - Dispositif de fixation selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que deux supports de mesure d'allongement (5, 6) bloqués en deux points de l'éprouvette (10), comportent chacun une bague intérieure en deux parties (13) qui présente une gorge intérieure annulaire (16) coo- pérant avec un collet (12) de l'éprouvette (10) et ladite bague intérieure étant logée à l'intérieur d'une bague ex- térieure (17) à laquelle elle est fixée. - Dispositif de fixation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague intérieure (13) est fixée à l'intérieur de la bague extérieure (17) par des chevilles (8) passant dans des semi-canaux complémentaires ménagés respectivement dans les bagues intérieure et extérieure. 6 - Dispositif de fixation selon la revendication 4, caractérise en ce que l'un des supports de mesure d'allonge- ment (5) est solidarisé avec une ou plusieurs tiges (23) dont chacune passe dans un passage (24) m4nagé dans l'autre support de mesure d'allongement (6), ainsi que dans un tube (25) solidaire dudit autre support (6), tandis qu'un dispo- sitif de mesure disposé aux extrémités de ladite tige (23) et dudit tube (25) éloignées desdits supports (5, 6) saisit. les mouvements relatifs de ces deux organes.