ISO/TR 7705:1991
(Main)Guidelines for specifying Charpy V-notch impact prescriptions in steel specifications
Guidelines for specifying Charpy V-notch impact prescriptions in steel specifications
Describes test methods, information to be gained from the test, and use of subsize test pieces. This second edition cancels and replaces the first edition (1983). Annex A forms an integral part of this Technical Report.
Directives pour la spécification des prescriptions d'énergie de rupture sur éprouvette Charpy à entaille en V dans les normes d'acier
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
TECHNICAL
TR 7705
REPORT
Second edition
1991-l l-15
__________ --_--_I_-I--- ------- - .-_.--__-
---
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Guidelines for specifying Charpy V-notch impact
prescriptions in steel specifications
Directives pour la sp6cificaiion des prescriptions d6nergie de rupture
sur &prouvette Charpy A entaille en V dam les nor-mes d’acier
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Reference number
ISO/TR 7705:1991(E)
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ISO/TR 77051991 (E)
For=eword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of technical committees is to prepare International Stan-
dards, but in exceptional circumstances a technical committee may
propose the publication of a Technical Report of one of the following
types:
- type 1, when the required support cannot be obtained for the publi-
cation of an International Standard, despite repeated efforts;
- type 2, when the subject is still under technical development or
where for any other reason there is the future but not immediate
possibility of an agreement on an international Standard;
- type 3, when a technical committee has collected data of a different
kind from that which is normally published as an International Stan-
dard (“state of the art”, for example).
Technical Reports of types 1 and 2 are subject to review within three
years of publication, to decide whether they can be transformed into
International Standards. Technical Reports of type 3 do not necessarily
have to be reviewed until the data they provide are considered to be no
longer valid or useful.
ISO/TR 7705, which is a Technical Report of type 2, was prepared by
Technical Committee ISO/TC 17, Steel.
This second edition cancels and replaces the first edition
(ISO/TR 7705:1983), which has been technically revised.
The Charpy V-notch impact test is widely used as a means of evaluating
the toughness and the susceptibility to brittle fracture of steel products.
It is also considered to be suitable for checking the soundness of a ma-
terial.
0 IS0 1991
Ail rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without
permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Genhve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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ISO/TR 77051991 (E)
Therefore, the Charpy V-notch impact test is included in many IS0
standards developed by sub-committees of ISO/TC 17 responsible for
standardization of steel products.
ISO/TR 7705 was published in 1983 with a view to giving recommen-
dations for specifying impact strength requirements in IS0 standards for
steel products, when those requirements were still being considered.
At the time of the three-yearly review in 1986 it was decided by a ma-
jority of TC 17 P-members that ISO/TR 7705 be revised and remain as
a Technical Report, taking into account the comments received.
Annex A forms an integral part of this Technical Report.
. . .
III
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ISO/TR 77051991 (E)
TECHNICAL REPORT
Guidelines for specifying Charpy V-notch impact prescriptions
in steel specifications
IS0 4950-2: 1981, High yield strength t7at steel prod-
1 Scope
ucts - Part 2: Products supplied in the normalized
or con trolled rolled condition.
This Technical Report gives recommendations for
specifying Charpy impact V-notch prescriptions in
IS0 4950-3: 1981, High yield strength #at steel prod-
steel specifications.
ucts - Part 3: Products supplied in the heat- treated
(quenched + tempered) condition.
Extracts from IS0 148, IS0 404, lSO/R 442 and
IS0 3785 listed in clause 2 are given in annex A.
3 General feature of Charpy V-notch
impact test
2 Normative references
3.1 Toughness testing methods in design
The following standards contain provisions which,
codes and in steel specifications
through reference in this text, constitute provisions
of this Technical Report. At the time of publication,
Tests for evaluating the toughness of steel can be
the editions indicated were valid. All standards are
divided into two categories: notch toughness tests
subject to revision, and parties to agreements based
and fracture toughness tests based on fracture
on this Technical Report are encouraged to investi-
mechanics.
gate the possibility of applying the most recent edi-
tions of the standards indicated below. Members of
Notch toughness tests are used to measure the
IEC and IS0 maintain registers of currently valid
ability of a material to absorb energy and deform
International Standards.
plastically in the presence of a mechanical notch.
The Charpy V-notch impact test and the drop weight
IS0 148:1983, Steel - Uarpy impact test (V-notch).
test are typical examples of small scale tests which
are used for evaluations of notch toughness. They
IS0 404:1981, Steel and steel products - General
are often used to determine the ductile to brittle
technical delivery requirements.
transition temperature of a material and to give a
qualitative estimate of the material’s toughness. Due
lSO/R 442:3965, Verification of pendulum impact
to relatively good reproducibility and cheapness
testing machines for testing steels.
these methods are highly suitable for use as deliv-
ery tests for steel consignments.
IS0 630:1980, Structural steels.
Fracture toughness tests such as the CTOD test are
fracture mechanics tests which are generally con-
IS0 683-l: 1987, Heat-treatable steels, alloy steels
cerned with the determination of critical crack sizes
- Part 1: Direct-hardening
and free-cutting steels
which can appear without causing fracture in a ma-
unalloyed and low-alloyed wrought steel in form of
terial loaded to a specific stress level. Fracture
different black products.
mechanics tests are very complicated and expens-
ive to carry out. They are primarily used to examine
IS0 2604-4:1975, Steel products for pressure pur-
the behaviour of the material in a structure with re-
poses - Quality requirements - Part 4: Plates.
spect to safety rules etc. Therefore, fracture mech-
anics testing is primarily connected with design
- Designation of test piece
IS0 3785:1976, Steel
codes and not with steel specifications.
axes.
1
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ISO/TR 7705:1991(E)
For these reasons, only notch toughness tests are weight testing but normally this test is used for in-
dealt with in these guidelines for steel specifi- formation purposes only. This test may be an alter-
cations. native to the Charpy V-notch impact test.
In 1953 Pellini compared the Charpy V-notch impact
3.2 Historical background to the Charpy
test with an explosion crack starter test intended to
V-notch impact test
simulate the service performance of higher quality
steels. Pellini recommended an impact energy of
When welded structures, especially heavy ones
20 ftlb (27 J) instead of the earlier used 15 ftlb.
such as bridges and ships, were developed on an
Wells also simulated service conditions at the start-
industrial scale, and especially when the fabrication
ing point of a brittle fracture crack by using a wide
methods called for joining heavy segments by
plate test. The intention of this test, which of course
welding, problems with brittle fractures became
could not be used as a delivery test for a steel
more common. This was specially evident during the
consignment, was to include in a big plate specimen
second world war when the USA began to produce
the stresses existing in a weld, the influence of plate
welded ships of the Liberty and Victory type, where
thickness, the type of defect etc. The results of wide
a lot of failures occurred due to brittle fractures.
plate tests were also compared with Charpy V-notch
An empirical relationship based on many tests was
impact values.
found between the Charpy V-notch impact energy
and service fractures. What was started in the USA
was then continued by IIW (International Institute of
3.4 Factors influencing impact properties
Welding) with their recommendations and classi-
fication system for steels according to their suscep-
The behaviour of a steel structure subject to impact
tibility to brittle fracture after welding.
is not only dependent on the material. It is also de-
pendent on the following:
Originally the USA required an impact energy value
of 15 footpounds (ff4b) for a standard IO mm x
-
material thickness;
IO mm V-notch impact test piece which was later
increased to 20 ftelb. The IIW recommendation con-
- stress state;
verted these figures into metric units and referred
the impact energy value to the cross-section under
- temperature;
the notch which gave a figure of 3,5 kg.m/cm* cor-
responding to 20 ftlb. Later the units were trans-
-
steel type;
formed into SI units and the reference to the area
was retained. This gave the value of 27 1 (20 ftlb).
- loading rate;
Today 27 J is generally used for mild carbon and
-
surface conditions;
carbon-manganese steels and 30 J 30 ftlb) for
(
steels with higher tensile properties.
-
residual stresses;
3.3 The Charpy V-notch impact test in relation - yield strength.
to other tests
In addition, the Charpy V-notch test result is influ-
enced by the following:
Originally the Charpy impact test was performed
with a “keyhole” or U-notch test bar. Its purpose
-
orientation of test piece;
was to check that the material was sound as to
cleanliness, rolling and heat treatment. In the 1950’s
-
orientation of notch;
interest was concentrated on the risk of brittle frac-
ture in welded structures and the V-notch test bar
-
sharpness of notch;
was introduced because the V-notch test indicates
transition behaviour more clearly than the U-notch
- specimen position in the product;
test.
-
steel type;
In addition to the Charpy impact test other impact
test methods (e.g. Mesnager, Izod, Schnadt etc.)
have also been used. - type of impact machine striker.
The drop weight test is a material test which is in- For these and other reasons (e.g. different safety
tended to measure the highest temperature at which potentials) the impact energies or transition tem-
peratures determined under the well-defined con-
a steel exhibits brittle fracture. Some offshore ma-
terial standards allow the acceptance of plate ma- ditions of an impact test cannot without any further
terial for offshore applications on the basis of drop considerations be regarded as determinant with re-
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ISO/TR 7705:1991 (E)
spect to temperature and/or thickness for the appli- Independent of the size of the test piece, the thick-
ness of the material and the type of notch, the im-
cation of the material.
pact test carried out for a specified material of given
thickness at different temperatures gives a curve
3.5 The Charpy V-notch impact test as a
(except for austenitic steels) absorbed energy KV
powerful tool for delivery control in steel
versus temperature (see figure 1). This curve may
specifications
be separated into three parts; one part at higher
temperatures and higher energies (upper shelf), one
The Charpy V-notch impact test can be used as a
part at lower temperatures and lower energies
means of expressing the toughness and the sus-
(lower shelf) and a transition range in between. The
ceptibility to brittle fracture in a steel specification.
scatter of results on the upper and lower shelves is
It is a cheap and easily reproducible test method
relatively small but the scatter in the transition part
which is empirically related to the susceptibility to
of the curve is relatively large. Because of this
brittle fracture and therefore to the weldability of a
scatter, the method of testing three test pieces and
steel. It is also a way to check the soundness of a
taking the mean value was chosen.
material as far as heat treatment and tensile prop-
erties are concerned.
Austenitic stainless steels are also ductile at very
low temperatures, and consequently the impact
Therefore, impact test requirements are included in
curve is on the upper shelf even at very low tem-
many IS0 steel specifications. The aim of this tech-
peratures (see figure 2).
nical report is to give quidelines for specifying
Charpy V-notch impact requirements in steel speci-
Since the test result depends upon the geometry of
fications It is not intended to force upon the different
the test piece, the thickness etc., the test is carried
sub-committees of ISBITC 17 what they should in-
out on a standardized test bar (IO mm x IO mm,
clude in their steel specifications, but if impact test
7,5 mm x IO mm, 5 mm x IO mm) and reduced test
requirements are included, this recommendation
bar with a thickness equal to the product thickness
should be taken into consideration, to ensure a
[see 6.4 c)] and it is irrelevant to refer the impact
consistent philosophy within ISO/TC 17.
energy to a cross-sectional area. The energy level
should therefore be given in joules only.
4 Information to be gained from the
impact test
Specified temperaturn Test temperature (OC)
Figure 1
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ISO/TR 7705:1991 (E)
KV
J
Test temperature (OC)
Figure 2
The impact test is prescribed in material specifi- temperature. From the normal impact energy-
cations for the following two reasons. temperature curves it has been found that an impact
energy of 27 J is suitable for determining the tran-
sition temperature. For fine-grain steels with elev-
a) To check indirectly whether the steel is sound
ated yield stress properties (high tensile steels), a
with reference to cleanliness, manufacturing
higher level may be justified.
process, heat treatment etc.
Other information from the test can also be of im-
The test in this case is normally carried out at
portance, such as the fracture appearance and lat-
room temperature and the impact energy level
eral expansion measured after fracture.
is of importance.
It should be observed that as the impact energy is
b) To classify a steel according to it
...
ISO
RAPPORT
TECHNDUE TR 7705
Deuxième édition
1991-l 1-15
-____I_----~~~~- --.- -----_-__ -_._~--~
Directives pour la spécification des prescriptions
d’énergie de rupture sur éprouvette Charpy à
entaille en V dans les normes d’acier
specifying Charpy V-nofch impact prescriptions
Guidelines for in steel
specifications
--.
---.__------- _-_-------_--a----.--Y---
-- ---.-
--.- ---
-- --
Numéro de référence
--
z-- .-. - _ --. __ .__ -- -. -
_ ISO/TR 7705: 1991 (F)
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ISO/TR 77051991 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes
internationales, mais, exceptionnellement, un comité technique peut
proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types sui-
vants:
en dépit de maints efforts, 1’
1, lorsque accord requis ne peut
- type
être réalisé en faveur de la publication d’une tionale;
Norme interna
- type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de dévelop-
pement technique ou lorsque, pour toute autre raison, la possibilité
d’un accord pour la publication d’une Norme internationale peut être
envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat;
- type 3, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature
différente de celles qui sont normalement publiées comme Normes
internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état
de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éven-
tuellement de leur transformation en Normes internationales. Les rap-
ports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés
avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 7705, rapport technique du type 2, a été élaboré par le comité
technique ISO/TC 17, Acier.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition
(ISO/TR 7705:1983), qui a fait l’objet d’une révision technique.
L’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V est
couramment utilisé comme moyen d’évaluation de la ténacité et de la
0 ISO 1991
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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ISO/TR 7705:1991(F)
fragilité à la rupture dans les normes de produits en acier. Il est
également considéré comme un bon moyen de vérification de la santé
du matériau.
Les prescriptions de l’essai de flexion par choc ont donc été incorpo-
rées à de nombreuses normes ISO dont les sous-comités du TC 17 sont
responsables.
Le Rapport technique ISO/TR 7705 a été publié en 1983 pour donner des
recommandations sur la manière de spécifier les caractéristiques
d’énergie de rupture dans les normes ISO de produits en acier, compte
tenu du fait que les caractéristiques étaient encore à l’étude.
Au moment de la révision triennale en 1986, il a été décidé, à une ma-
jorité des membres P du TC 17, de réviser le Rapport technique 7705
en fonction des commentaires recus.
L’annexe A fait partie intégrante du présent Rapport technique.
. . .
III
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Page blanche
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 77051991 (F)
Directives pour la spécification des prescriptions d’énergie de
rupture sur éprouvette Charpy à entaille en V dans les normes
d’acier
ISO 2604-4:1975, Produits en acier pour appareils à
1 Domaine d’application
pression - Spécifications de qualité - Partie 4: Tô-
les .
Le présent Rapport technique contient des recom-
mandations sur la manière de spécifier les pres-
ISO 3785:1976, Acier - Désiqnation des axes des
c
criptions d’énergie de rupture sur éprouvette
éprouvettes.
Charpy à entaille en V dans les normes d’acier. .
ISO 4950-2:1981, Produits plats en acier à haute li-
Des extraits de I’ISO 148, I’ISO 404, I’ISO/R 442 et
de I’ISO 3785 indiquées à l’article 2 sont donnés en mite d’élasticité - Partie 2: Produits livrés à l’état
normalisé ou de laminage contrôlé.
annexe A.
ISO 4950-3:1981, Produits plats en acier à haute li-
2 Références normatives
mite d’élasticité - Partie 3: Produits livrés à l’état
traité (trempé + revenu).
Les normes suivantes contiennent des dispositions
qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour le présent
3 Caractéristiques générales de l’essai de
Rapport technique. Au moment de la publication, les
flexion par choc sur éprouvettes Charpy à
éditions indiquées étaient en vigueur. Toute norme
est sujette à révision et les parties prenantes des
entaille en V
accords fondés sur le présent Rapport technique
sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer
3.1 Méthodes d’essai de ténacité à la rupture
les éditions les plus récentes des normes indiquées
ci-après. Les membres de la CH et de I’ISO possè- dans les codes de construction et les
dent le registre des Normes internationales en vi-
spécifications des aciers
gueur à un moment donné.
Les essais d’évaluation de la ténacité de l’acier se
ISO 148:1983, Acier - Essai de résilience Charpy
classent en deux catégories: les essais de ténacité
(en taille en V).
sur éprouvette entaillée et les essais de ténacité à
la rupture fondés sur la mécanique de la rupture.
ISO 404:1981, Acier et produits sidérurgiques -
Condifions générales techniques de livraison. Les essais de ténacité sur éprouvette entaillée ser-
vent à mesurer la capacité d’un matériau à absorber
ISO/R 442:1965, Vérification des machines d’essai l’énergie et à se déformer plastiquement en pré-
sence d’une entaille pratiquée par voie mécanique.
par choc (moutons-pendules) pour l’essai des
aciers. L’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à
entaille en V et l’essai par chute d’une masse sont
ISO 630:1980, Aciers de construction métallique. deux exemples types d’essais à petite échelle ser-
vant à évaluer la ténacité avec entaille. Ils servent
souvent aussi à déterminer la température de tran-
ISO 683-l : 1987, Aciers pour traitement thermique,
sition entre la phase ductile et la phase fragile d’un
aciers alliés et aciers pour décolletage - Partie 1:
Aciers corroyés non alliés et faiblement alliés à dur- matériau et à donner une estimation qualitative de
cissement par trempe directe se présentant sous la la ténacité de ce dernier. En raison de leur rela-
tivement bonne reproductibilité, et de leur faible
forme de différents produits noirs.
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ISO/TR 7705:1991 (F)
prix, ces méth odes sont les
plus appropriées pour Cette valeur de 27 J est généralement retenue au-
le contrôl e de récep tion des livraisons d’acier. jourd’hui pour les aciers doux au carbone et au
carbone-manganèse, alors que pour les aciers à
Les essais de ténacité à la rupture du type CT00
résistance supérieure à la traction, c’est souvent
sont des essais de la mécanique de rupture qui
40 J (soit 30 ftlb) qu’on utilise.
portent généralement sur la détermination des
tailles critiques des fissures pouvant apparaître
sans causer de rupture dans un matériau sollicité à
un niveau spécifique. Les essais de mécanique de 3.3 Comparaison de l’essai de flexion par
rupture sont très compliqués et coûteux à mettre en choc sur éprouvette Charpy à entaille en V par
œuvre. Ils servent avant tout à déterminer le com-
rapport à d’autres essais
portement du matériau dans une structure à des fins
de sécurité, etc. Les essais de mécanique de rup-
A l’origine, l’essai Charpy était réalisé sur un bar-
ture apparaissent donc principalement dans les co-
reau à ((trou de serrure,, ou entaille en U, dans le
des de construction et non plus dans les normes
but de vérifier la santé du matériau du point de vue
d’acier.
de la propreté, du laminage et du traitement ther-
mique. Lorsque dans les années 50 l’intérêt se porta
C’est la raison pour laquelle les présentes directi-
sur le risque de rupture fragile des constructions
ves qui intéressent les normes d’acier ne traitent
soudées, on mit au point le barreau à entaille en V,
que des essais de ténacité avec entaille.
parce que l’essai de résilience à entaille en V indi-
que un comportement de transition plus clairement
3.2 Historique de l’essai de flexion par choc
que l’essai de résilience à entaille en U.
sur éprouvette Charpy à entaille en V
A côté de l’essai sur éprouvette Charpy, d’autres
Lorsque les constructions soudées et notamment
méthodes d’essai ont également été utilisées, par
les constructions lourdes telles que ponts ou navires
exemple du type Mesnager, Izod, Schnadt, etc.
ont été mises au point à l’échelle industrielle, et
L’essai par chute d’une masse est un essai de ma-
lorsque les méthodes de fabrication ont exigé le
tériau qui vise à mesurer la température maximale
soudage de segments lourds, le problème de la
à laquelle un acier donné peut développer une rup-
rupture fragile a pris une nouvelle dimension. Ce
ture fragile. Certaines normes de matériaux pour
phénomène est devenu crucial durant la seconde
plates-formes en mer prévoient d’adopter le maté-
guerre mondiale quand les Etats-Unis se sont mis à
riau des tôles sur la base de cet essai, mais en gé-
fabriquer des navires à coque soudée, notamment
néral il ne sert qu’à titre indicatif. II peut cependant
les navires du type Liberty et Victory, et ont subi un
être considéré comme une variante à l’essai de
grand nombre de défaillances dues à la rupture fra-
.
flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille
gale .
en V.
Une série d’essais a alors permis d’établir une re-
En 1953, PELLINI a cherché à connaître l’utilité de
lation empirique entre l’énergie de rupture sur
l’essai Charpy en le comparant à un essai d’amorce
éprouvette Charpy à entaille en V et les caractéris-
de fissure par éclatement pour simuler les perfor-
tiques des ruptures en service. Ce que les Etats-
mances des aciers de haute qualité. C’est à cette
Unis avaient commencé a été repris alors par
occasion que PELLINI a proposé de remplacer
l’Institut International de la Soudure (Ils) dont les
l’énergie par choc antérieure de 15 ftlb par une
recommandations et le système de classification
énergie de 20 ftlb (27 J).
des aciers se sont fondés sur la sensibilité à la
rupture fragile au moment du soudage.
WELLS a également eu l’intention de simuler les
L’essai américain initial prescrivait une valeur conditions de service au point d’amorce d’une fis-
d’énergie de rupture de 15 footpounds (ftlb) pour sure par rupture fragile en recourant à ce qu’il a
une éprouvette normalisée de 10 mm x 10 mm à appelé l’essai de la tôle large. Cet essai, qui ne
entaille en V, laquelle valeur a ensuite été portée à pouvait bien sûr pas servir à la réception des livrai-
20 Mb. La recommandation IIS convertit ce chiffre sons d’acier, visait à introduire dans une éprouvette
en unités métriques et rapporta la valeur d’énergie de tôle de grandes dimensions les contraintes pro-
de rupture à une section sous entaille donnant un venant également d’une soudure tout en tenant
chiffre de 3,5 kg.m/cm* correspondant aux 20 ftlb. compte de l’épaisseur de tôle, du type de défaut,
Ces unités furent ultérieurement converties en unité etc. Les résultats de cet essai montrent également
SI et la référence à la section carrée est demeurée, une bonne corrélation avec les valeurs d’énergie de
rupture sur éprouvette Charpy à entaille en V.
ce qui donne comme équivalent de 20 Rlb, 27 J.
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ISOITR 7705:1991 (F)
3.5 L’essai de flexion par choc sur éprouvette
3.4 Facteurs affectant les valeurs d’énergie
de rupture Charpy à entaille en V comme puissant outil
de contrôle de livraison dans les spécifications
d’acier
Pourquoi utilise-t-on l’essai de flexion par choc sur
éprouvette Charpy en V comme moyen d’expression
Le comportement d’une structure en acier soumise
de la ténacité et de la sensibilité à la rupture fragile
à des chocs ne dépend pas uniquement du matériau
dans les spécifications d’acier? La réponse est que
employé. La liste qui suit indique certains des fac-
l’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à
teurs les plus importants du risque de rupture fra-
entaille en V est une méthode bon marché et faci-
gile des structures:
lement reproductible qui présente une corrélation
-
technique empirique avec ta sensibilité à la rupture
épaisseur du matériau;
fragile, et donc avec la soudabilité des aciers. C’est
-
en outre un moyen de vérifier la santé interne d’un
état de contrainte;
matériau soumis à un traitement thermique et à des
contraintes en tension.
- température;
Oes prescriptions relatives à ces essais ont donc été
- qualité d’acier;
incluses dans bon nombre de normes ISO sur
l’acier. L’objet du présent Rapport technique est
-
vitesse de charge;
d’indiquer les grandes lignes de la spécification de
l’essai de flexion par choc dans les normes d’essai.
-
état de surface;
Il n’est pas prévu de contraindre les différents
sous-comités du TC 17 à inclure quoi que ce soit
-
contraintes résiduelles;
dans leurs normes, mais si celles-ci incluent des
énergies de rupture, il leur est enjoint de tenir
- limite apparente d’élasticité.
compte de cette recommandation de manière à
avoir une philosophie comme au sein du TC 17.
De même, si l’on considère l’essai de flexion par
choc, qui est un moyen empirique de détermination
de la sensibilité d’un matériau à la rupture fragile,
4 Informations fournies par l’essai de
il y a plusieurs facteurs qui influent sur les résultats
flexion par choc
de l’essai, les plus importants sont
Quelles que soient les dimensions des éprouvettes,
- l’orientation de l’éprouvette;
l’épaisseur du matériau et le type d’entaille, l’essai
de flexion par choc effectué sur un matériau spéci-
- l’orientation de l’entaille;
fié, d’épaisseur donnée, à différentes températures
donne (sauf pour les aciers austénitiques) une
- l’angle du fond de l’entaille;
KV en fonction de la
courbe de l’énergie absorbée
température (voir figure 1) qui peut se scinder en
-
l’emplacement de l’éprouvette dans un produit;
trois parties: une partie haute sur la plage des tem-
pératures élevées, une partie basse sur la plage des
- la qualité d’acier;
basses températures et une zone de transition entre
les deux. Cette courbe a également pour caracté-
- le type de couteau de la machine d’essai.
ristiques une dispersion relativement faible dans
ses parties haute et basse, et une dispersion rela-
Ce que l’on vient d’indiquer et d’autres raisons en-
tivement élevée dans la zone de transition. C’est
core (notamment les potentiels de sécurité diffé-
cette dispersion de valeurs qui a fait choisir une
rents) empêchent de considérer les énergies de
méthode de vérification de trois éprouvettes dont on
rupture ou les températures de transition détermi-
fait une moyenne.
nées dans les conditions bien déterminées d’un es-
Les aciers inoxydables austénitiques présentent un
sai de flexion par choc comme déterminantes, sans
aspect ductile même à très basse température, ce
d’autres considérations du point de vue des tempé-
qui donne une courbe d’un niveau élevé même aux
ratures d’utilisation ou de l’épaisseur des matériaux
employés. très basses températures (voir figure 2).
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ISO/TR 7705:1991(F)
KV partie basse
Zone de transition Partie haute
J
Twnp&ature spkifiée Temphture d’essai (V)
Figure 1
KV
J
---_. ---._ - .- - ._ ,_.-_ ~~-_ -
TernpChature d’essai PC)
Figure 2
Le résultat de l’essai étant fonction de la géométrie a) Pour vérifier indirectement la santé interne du
de l’éprouvette, de l’épaisseur du matériau, etc., matériau, compte tenu de sa propreté, du pro-
l’essai est effectué sur un barreau d’essai normalisé cédé de fabrication, du traitement thermique, etc.
(10 mm x 10 mm, 7,5 mm x 10 mm, 5 mm x 10 mm)
et un barreau d’essai de dimensions réduites ayant L’essai est dans ce cas effectué à température
ambiante et le n
...
ISO
RAPPORT
TECHNDUE TR 7705
Deuxième édition
1991-l 1-15
-____I_----~~~~- --.- -----_-__ -_._~--~
Directives pour la spécification des prescriptions
d’énergie de rupture sur éprouvette Charpy à
entaille en V dans les normes d’acier
specifying Charpy V-nofch impact prescriptions
Guidelines for in steel
specifications
--.
---.__------- _-_-------_--a----.--Y---
-- ---.-
--.- ---
-- --
Numéro de référence
--
z-- .-. - _ --. __ .__ -- -. -
_ ISO/TR 7705: 1991 (F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 77051991 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
ressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes
internationales, mais, exceptionnellement, un comité technique peut
proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types sui-
vants:
en dépit de maints efforts, 1’
1, lorsque accord requis ne peut
- type
être réalisé en faveur de la publication d’une tionale;
Norme interna
- type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de dévelop-
pement technique ou lorsque, pour toute autre raison, la possibilité
d’un accord pour la publication d’une Norme internationale peut être
envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat;
- type 3, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature
différente de celles qui sont normalement publiées comme Normes
internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état
de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éven-
tuellement de leur transformation en Normes internationales. Les rap-
ports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés
avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 7705, rapport technique du type 2, a été élaboré par le comité
technique ISO/TC 17, Acier.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition
(ISO/TR 7705:1983), qui a fait l’objet d’une révision technique.
L’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V est
couramment utilisé comme moyen d’évaluation de la ténacité et de la
0 ISO 1991
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 7705:1991(F)
fragilité à la rupture dans les normes de produits en acier. Il est
également considéré comme un bon moyen de vérification de la santé
du matériau.
Les prescriptions de l’essai de flexion par choc ont donc été incorpo-
rées à de nombreuses normes ISO dont les sous-comités du TC 17 sont
responsables.
Le Rapport technique ISO/TR 7705 a été publié en 1983 pour donner des
recommandations sur la manière de spécifier les caractéristiques
d’énergie de rupture dans les normes ISO de produits en acier, compte
tenu du fait que les caractéristiques étaient encore à l’étude.
Au moment de la révision triennale en 1986, il a été décidé, à une ma-
jorité des membres P du TC 17, de réviser le Rapport technique 7705
en fonction des commentaires recus.
L’annexe A fait partie intégrante du présent Rapport technique.
. . .
III
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Page blanche
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 77051991 (F)
Directives pour la spécification des prescriptions d’énergie de
rupture sur éprouvette Charpy à entaille en V dans les normes
d’acier
ISO 2604-4:1975, Produits en acier pour appareils à
1 Domaine d’application
pression - Spécifications de qualité - Partie 4: Tô-
les .
Le présent Rapport technique contient des recom-
mandations sur la manière de spécifier les pres-
ISO 3785:1976, Acier - Désiqnation des axes des
c
criptions d’énergie de rupture sur éprouvette
éprouvettes.
Charpy à entaille en V dans les normes d’acier. .
ISO 4950-2:1981, Produits plats en acier à haute li-
Des extraits de I’ISO 148, I’ISO 404, I’ISO/R 442 et
de I’ISO 3785 indiquées à l’article 2 sont donnés en mite d’élasticité - Partie 2: Produits livrés à l’état
normalisé ou de laminage contrôlé.
annexe A.
ISO 4950-3:1981, Produits plats en acier à haute li-
2 Références normatives
mite d’élasticité - Partie 3: Produits livrés à l’état
traité (trempé + revenu).
Les normes suivantes contiennent des dispositions
qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour le présent
3 Caractéristiques générales de l’essai de
Rapport technique. Au moment de la publication, les
flexion par choc sur éprouvettes Charpy à
éditions indiquées étaient en vigueur. Toute norme
est sujette à révision et les parties prenantes des
entaille en V
accords fondés sur le présent Rapport technique
sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer
3.1 Méthodes d’essai de ténacité à la rupture
les éditions les plus récentes des normes indiquées
ci-après. Les membres de la CH et de I’ISO possè- dans les codes de construction et les
dent le registre des Normes internationales en vi-
spécifications des aciers
gueur à un moment donné.
Les essais d’évaluation de la ténacité de l’acier se
ISO 148:1983, Acier - Essai de résilience Charpy
classent en deux catégories: les essais de ténacité
(en taille en V).
sur éprouvette entaillée et les essais de ténacité à
la rupture fondés sur la mécanique de la rupture.
ISO 404:1981, Acier et produits sidérurgiques -
Condifions générales techniques de livraison. Les essais de ténacité sur éprouvette entaillée ser-
vent à mesurer la capacité d’un matériau à absorber
ISO/R 442:1965, Vérification des machines d’essai l’énergie et à se déformer plastiquement en pré-
sence d’une entaille pratiquée par voie mécanique.
par choc (moutons-pendules) pour l’essai des
aciers. L’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à
entaille en V et l’essai par chute d’une masse sont
ISO 630:1980, Aciers de construction métallique. deux exemples types d’essais à petite échelle ser-
vant à évaluer la ténacité avec entaille. Ils servent
souvent aussi à déterminer la température de tran-
ISO 683-l : 1987, Aciers pour traitement thermique,
sition entre la phase ductile et la phase fragile d’un
aciers alliés et aciers pour décolletage - Partie 1:
Aciers corroyés non alliés et faiblement alliés à dur- matériau et à donner une estimation qualitative de
cissement par trempe directe se présentant sous la la ténacité de ce dernier. En raison de leur rela-
tivement bonne reproductibilité, et de leur faible
forme de différents produits noirs.
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ISO/TR 7705:1991 (F)
prix, ces méth odes sont les
plus appropriées pour Cette valeur de 27 J est généralement retenue au-
le contrôl e de récep tion des livraisons d’acier. jourd’hui pour les aciers doux au carbone et au
carbone-manganèse, alors que pour les aciers à
Les essais de ténacité à la rupture du type CT00
résistance supérieure à la traction, c’est souvent
sont des essais de la mécanique de rupture qui
40 J (soit 30 ftlb) qu’on utilise.
portent généralement sur la détermination des
tailles critiques des fissures pouvant apparaître
sans causer de rupture dans un matériau sollicité à
un niveau spécifique. Les essais de mécanique de 3.3 Comparaison de l’essai de flexion par
rupture sont très compliqués et coûteux à mettre en choc sur éprouvette Charpy à entaille en V par
œuvre. Ils servent avant tout à déterminer le com-
rapport à d’autres essais
portement du matériau dans une structure à des fins
de sécurité, etc. Les essais de mécanique de rup-
A l’origine, l’essai Charpy était réalisé sur un bar-
ture apparaissent donc principalement dans les co-
reau à ((trou de serrure,, ou entaille en U, dans le
des de construction et non plus dans les normes
but de vérifier la santé du matériau du point de vue
d’acier.
de la propreté, du laminage et du traitement ther-
mique. Lorsque dans les années 50 l’intérêt se porta
C’est la raison pour laquelle les présentes directi-
sur le risque de rupture fragile des constructions
ves qui intéressent les normes d’acier ne traitent
soudées, on mit au point le barreau à entaille en V,
que des essais de ténacité avec entaille.
parce que l’essai de résilience à entaille en V indi-
que un comportement de transition plus clairement
3.2 Historique de l’essai de flexion par choc
que l’essai de résilience à entaille en U.
sur éprouvette Charpy à entaille en V
A côté de l’essai sur éprouvette Charpy, d’autres
Lorsque les constructions soudées et notamment
méthodes d’essai ont également été utilisées, par
les constructions lourdes telles que ponts ou navires
exemple du type Mesnager, Izod, Schnadt, etc.
ont été mises au point à l’échelle industrielle, et
L’essai par chute d’une masse est un essai de ma-
lorsque les méthodes de fabrication ont exigé le
tériau qui vise à mesurer la température maximale
soudage de segments lourds, le problème de la
à laquelle un acier donné peut développer une rup-
rupture fragile a pris une nouvelle dimension. Ce
ture fragile. Certaines normes de matériaux pour
phénomène est devenu crucial durant la seconde
plates-formes en mer prévoient d’adopter le maté-
guerre mondiale quand les Etats-Unis se sont mis à
riau des tôles sur la base de cet essai, mais en gé-
fabriquer des navires à coque soudée, notamment
néral il ne sert qu’à titre indicatif. II peut cependant
les navires du type Liberty et Victory, et ont subi un
être considéré comme une variante à l’essai de
grand nombre de défaillances dues à la rupture fra-
.
flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille
gale .
en V.
Une série d’essais a alors permis d’établir une re-
En 1953, PELLINI a cherché à connaître l’utilité de
lation empirique entre l’énergie de rupture sur
l’essai Charpy en le comparant à un essai d’amorce
éprouvette Charpy à entaille en V et les caractéris-
de fissure par éclatement pour simuler les perfor-
tiques des ruptures en service. Ce que les Etats-
mances des aciers de haute qualité. C’est à cette
Unis avaient commencé a été repris alors par
occasion que PELLINI a proposé de remplacer
l’Institut International de la Soudure (Ils) dont les
l’énergie par choc antérieure de 15 ftlb par une
recommandations et le système de classification
énergie de 20 ftlb (27 J).
des aciers se sont fondés sur la sensibilité à la
rupture fragile au moment du soudage.
WELLS a également eu l’intention de simuler les
L’essai américain initial prescrivait une valeur conditions de service au point d’amorce d’une fis-
d’énergie de rupture de 15 footpounds (ftlb) pour sure par rupture fragile en recourant à ce qu’il a
une éprouvette normalisée de 10 mm x 10 mm à appelé l’essai de la tôle large. Cet essai, qui ne
entaille en V, laquelle valeur a ensuite été portée à pouvait bien sûr pas servir à la réception des livrai-
20 Mb. La recommandation IIS convertit ce chiffre sons d’acier, visait à introduire dans une éprouvette
en unités métriques et rapporta la valeur d’énergie de tôle de grandes dimensions les contraintes pro-
de rupture à une section sous entaille donnant un venant également d’une soudure tout en tenant
chiffre de 3,5 kg.m/cm* correspondant aux 20 ftlb. compte de l’épaisseur de tôle, du type de défaut,
Ces unités furent ultérieurement converties en unité etc. Les résultats de cet essai montrent également
SI et la référence à la section carrée est demeurée, une bonne corrélation avec les valeurs d’énergie de
rupture sur éprouvette Charpy à entaille en V.
ce qui donne comme équivalent de 20 Rlb, 27 J.
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISOITR 7705:1991 (F)
3.5 L’essai de flexion par choc sur éprouvette
3.4 Facteurs affectant les valeurs d’énergie
de rupture Charpy à entaille en V comme puissant outil
de contrôle de livraison dans les spécifications
d’acier
Pourquoi utilise-t-on l’essai de flexion par choc sur
éprouvette Charpy en V comme moyen d’expression
Le comportement d’une structure en acier soumise
de la ténacité et de la sensibilité à la rupture fragile
à des chocs ne dépend pas uniquement du matériau
dans les spécifications d’acier? La réponse est que
employé. La liste qui suit indique certains des fac-
l’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à
teurs les plus importants du risque de rupture fra-
entaille en V est une méthode bon marché et faci-
gile des structures:
lement reproductible qui présente une corrélation
-
technique empirique avec ta sensibilité à la rupture
épaisseur du matériau;
fragile, et donc avec la soudabilité des aciers. C’est
-
en outre un moyen de vérifier la santé interne d’un
état de contrainte;
matériau soumis à un traitement thermique et à des
contraintes en tension.
- température;
Oes prescriptions relatives à ces essais ont donc été
- qualité d’acier;
incluses dans bon nombre de normes ISO sur
l’acier. L’objet du présent Rapport technique est
-
vitesse de charge;
d’indiquer les grandes lignes de la spécification de
l’essai de flexion par choc dans les normes d’essai.
-
état de surface;
Il n’est pas prévu de contraindre les différents
sous-comités du TC 17 à inclure quoi que ce soit
-
contraintes résiduelles;
dans leurs normes, mais si celles-ci incluent des
énergies de rupture, il leur est enjoint de tenir
- limite apparente d’élasticité.
compte de cette recommandation de manière à
avoir une philosophie comme au sein du TC 17.
De même, si l’on considère l’essai de flexion par
choc, qui est un moyen empirique de détermination
de la sensibilité d’un matériau à la rupture fragile,
4 Informations fournies par l’essai de
il y a plusieurs facteurs qui influent sur les résultats
flexion par choc
de l’essai, les plus importants sont
Quelles que soient les dimensions des éprouvettes,
- l’orientation de l’éprouvette;
l’épaisseur du matériau et le type d’entaille, l’essai
de flexion par choc effectué sur un matériau spéci-
- l’orientation de l’entaille;
fié, d’épaisseur donnée, à différentes températures
donne (sauf pour les aciers austénitiques) une
- l’angle du fond de l’entaille;
KV en fonction de la
courbe de l’énergie absorbée
température (voir figure 1) qui peut se scinder en
-
l’emplacement de l’éprouvette dans un produit;
trois parties: une partie haute sur la plage des tem-
pératures élevées, une partie basse sur la plage des
- la qualité d’acier;
basses températures et une zone de transition entre
les deux. Cette courbe a également pour caracté-
- le type de couteau de la machine d’essai.
ristiques une dispersion relativement faible dans
ses parties haute et basse, et une dispersion rela-
Ce que l’on vient d’indiquer et d’autres raisons en-
tivement élevée dans la zone de transition. C’est
core (notamment les potentiels de sécurité diffé-
cette dispersion de valeurs qui a fait choisir une
rents) empêchent de considérer les énergies de
méthode de vérification de trois éprouvettes dont on
rupture ou les températures de transition détermi-
fait une moyenne.
nées dans les conditions bien déterminées d’un es-
Les aciers inoxydables austénitiques présentent un
sai de flexion par choc comme déterminantes, sans
aspect ductile même à très basse température, ce
d’autres considérations du point de vue des tempé-
qui donne une courbe d’un niveau élevé même aux
ratures d’utilisation ou de l’épaisseur des matériaux
employés. très basses températures (voir figure 2).
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ISO/TR 7705:1991(F)
KV partie basse
Zone de transition Partie haute
J
Twnp&ature spkifiée Temphture d’essai (V)
Figure 1
KV
J
---_. ---._ - .- - ._ ,_.-_ ~~-_ -
TernpChature d’essai PC)
Figure 2
Le résultat de l’essai étant fonction de la géométrie a) Pour vérifier indirectement la santé interne du
de l’éprouvette, de l’épaisseur du matériau, etc., matériau, compte tenu de sa propreté, du pro-
l’essai est effectué sur un barreau d’essai normalisé cédé de fabrication, du traitement thermique, etc.
(10 mm x 10 mm, 7,5 mm x 10 mm, 5 mm x 10 mm)
et un barreau d’essai de dimensions réduites ayant L’essai est dans ce cas effectué à température
ambiante et le n
...
Questions, Comments and Discussion
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