ISO 783:1999
(Main)Metallic materials — Tensile testing at elevated temperature
Metallic materials — Tensile testing at elevated temperature
Matériaux métalliques — Essai de traction à température élevée
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 783
Second edition
1999-08-15
Metallic materials — Tensile testing at
elevated temperature
Matériaux métalliques — Essai de traction à température élevée
A
Reference number
ISO 783:1999(E)
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ISO 783:1999(E)
Contents
Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and designations .3
5 Principle.5
6 Apparatus .5
7 Test piece .6
8 Test conditions .8
9 Procedure .8
10 Test report .10
Annex A (normative) Types of test piece to be used for thin products: sheets, strips and flats between
0,1 mm and 3 mm thick .17
Annex B (normative) Types of test piece to be used for wire, bars and sections with a diameter or
thickness of less than 4 mm.19
Annex C (normative) Types of test piece to be used for sheets and flats of thickness equal to or greater
than 3 mm, and wire, bars and sections of diameter or thickness equal to or greater than 4 mm .20
(normative)
Annex D Types of test piece to be used for tubes .23
Annex E (normative) Measurement of percentage elongation after fracture based on subdivision of the
original gauge length .25
Annex F (informative) Precautions recommended when measuring the tensile strength of materials
showing a special yield phenomenon .27
Bibliography.28
© ISO 1999
All rights reserved. Unless otherwise specified, 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
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Printed in Switzerland
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ISO 783:1999(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO 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, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 783 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee 1, Uniaxial testing.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 783:1989) which has been technically revised.
Annexes A to E form a normative part of this International Standard. Annex F is for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 783:1999(E)
Metallic materials — Tensile testing at elevated temperature
1 Scope
This International Standard specifies a method of tensile testing of metallic materials at a specified temperature
greater than ambient temperature and defines the mechanical properties which can be thereby determined.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 286-2, ISO system of limits and fits — Part 2: Table of standard tolerance grades and limit deviations for holes
and shafts.
ISO 377, Steel and steel products — Location and preparation of samples and test pieces for mechanical testing.
ISO 2142, Wrought aluminium, magnesium and their alloys — Selection of specimens and test pieces for
mechanical testing.
ISO 2566-1, Steel — Conversion of elongation values — Part 1: Carbon and low alloy steels.
ISO 2566-2, Steel — Conversion of elongation values — Part 2: Austenitic steels.
ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression
testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system.
ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometers used in uniaxial testing.
3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
3.1
gauge length
length of the parallel portion of the test piece on which elongation is measured at any moment during the test
NOTE In particular a distinction is made between the gauge lengths defined in 3.1.1 and 3.1.2.
3.1.1
original gauge length
L
o
gauge length at ambient temperature before heating of the test piece and before application of force
1
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3.1.2
final gauge length
L
u
gauge length after rupture, the two pieces having been carefully fitted back together so that their axes lie in a
straight line, measured at ambient temperature
3.2
parallel length
L
c
parallel portion of the reduced section of the test piece
NOTE The concept of parallel length is replaced by the concept of distance between grips for non-machined test pieces.
3.3
extensometer gauge length
L
e
length of the parallel portion of the test piece used for the measurement of elongation by means of an extensometer
NOTE This length may differ from L and could have a value greater than b, d or D (see Table 1) but less than L .
o c
3.4
extension
increase in the extensometer gauge length (L ), at any moment during the test
e
3.5
elongation
increase in the original gauge length (L ) under the action of the tensile force, at any moment during the test
o
3.6
percentage elongation
elongation expressed as a percentage of the original gauge length (L )
o
NOTE In particular, a distinction is made between the elongations defined in 3.6.1 to 3.6.3.
3.6.1
percentage permanent elongation
increase in the original gauge length of a test piece after removal of a specified stress (see 3.8), expressed as a
percentage of the original gauge length (L )
o
3.6.2
percentage elongation after fracture
A
permanent elongation of the gauge length after fracture (L 2 L ), expressed as a percentage of the original gauge
u o
length (L )
o
See Figure 1.
3.6.3
percentage total elongation at fracture
A
t
total elongation (elastic elongation plus plastic elongation) of the gauge length at the moment of fracture expressed
as a percentage of the original gauge length (L )
o
See Figure 1.
3.7
percentage reduction of area
Z
maximum change in cross-sectional area (S 2 S ) which has occurred during the test expressed as a percentage
o u
of the original cross-sectional area (S )
o
2
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3.8
maximum force
F
m
the greatest force which the test piece withstands during the test
See Figure 5.
NOTE See comments in annex F.
3.9
stress
force at any moment during the test divided by the original cross-sectional area (S ) of the test piece
o
3.9.1
tensile strength
R
m
stress corresponding to the maximum force (F )
m
See Figure 5.
3.9.2
yield strength
when the metallic material exhibits a yield phenomenon, point reached during the test at which plastic deformation
occurs without any increase in the force
NOTE Distinction is made between the strengths defined in 3.9.2.1 and 3.9.2.2.
3.9.2.1
upper yield strength
R
eH
value of stress at the moment when the first decrease in force is observed
See Figure 2.
3.9.2.2
lower yield strength
R
eL
lowest value of stress during plastic yielding, ignoring any transient effects
See Figure 2.
3.9.3
proof strength, non-proportional extension
R
p
stress at which a non-proportional extension is equal to a specified proportion e of the extensometer gauge length
(L ).
e
See Figure 3.
NOTE The symbol used is to be followed by a subscript giving the specified percentage, e.g.: R
p0,2
4 Symbols and designations
Symbols used throughout this International Standard and their designation are given in Table 1.
3
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Table 1 — Symbols and designations
Reference Symbol Unit Designation
a
number
Test piece
°C
— Fixed temperature
q
°C
— Indicated temperature
q
i
b
1 mm Thickness of a flat test piece or wall thickness of a tube
a
2 mm Width of the parallel length of a flat test piece or average width of a
b
longitudinal strip from a tube or width of flat wire
3 mm Diameter of the parallel length of a circular test piece or diameter of
d
round wire or internal diameter of a tube
4 D mm External diameter of a tube
5 L mm Original gauge length
o
6 L mm Parallel length
c
— L mm Extensometer gauge length
e
7 L mm Total length of test piece
t
8 L mm Final gauge length after fracture
u
2
9 Original cross-sectional area of the parallel length
S mm
o
2
10 S Minimum cross-sectional area after fracture
mm
u
— k — Coefficient of proportionality
SS-ou
— Z %
Percentage reduction of area: ·100
S
o
11 — — Gripped ends
Elongation
12 — mm
Elongation after fracture: L - L
u o
LL-c
uo
A
13 %
Percentage elongation after fracture: ·100
L
o
14 % Percentage total elongation at fracture
A
t
15 — % Specified percentage permanent elongation
16 — % Specified percentage non-proportional elongation
Force
17 F N Maximum force
m
Yield strength — Proof strength — Tensile strength
d
2
18 R Upper yield strength
N/mm
eH
2
19 R Lower yield strength
N/mm
eL
2
20 R N/mm Tensile strength
m
2
21 R N/mm Proof strength, non-proportional extension
p
a
See Figures 1 to 10.
b
The symbol T is also used in steel tubes product standards.
4 S
o
c
In the case of proportional test pieces, only if the original gauge length is other than 5,65 S , 5,65 S = 5 ,
o o
p
where S is the original cross-sectional area of the parallel length, shall the symbol A be supplemented by an index
o
indicating the coefficient of proportionality used, e.g.:
A = percentage elongation of an original gauge length (L ) of 11,3 S
11,3 o o
In the case of non-proportional test pieces, the symbol A shall be supplemented by a subscript designating the original
gauge length used, expressed in millimetres, e.g.:
A = percentage elongation of an original gauge length (L ) of 80 mm
80 mm o
d 2
1 N/mm = 1 MPa
4
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5 Principle
The test consists of straining a test piece by tensile force, generally to fracture, for the purpose of determining one
or more of the mechanical properties defined in clause 3.
The test is carried out at the specified temperature, which is greater than ambient temperature.
6 Apparatus
6.1 Testing machine
The testing machine shall be verified in accordance with ISO 7500-1 and shall be of at least class 1 unless
otherwise specified in the product standard.
6.2 Extensometer
When using an extensometer to measure the elongation, the extensometer shall be of class 1 (see ISO 9513) for
the upper and lower yield strengths and for the proof strength for non-proportional extension; for the other
characteristics (having higher elongations) an extensometer of class 2 (see ISO 9513) can be used.
The extensometer gauge length shall be not less than 10 mm and shall be centrally located in the mid-region of the
parallel length. The extensometer should be preferably of a type that is capable of measuring elongation on both
sides of a test piece and allowing the two readings to be averaged.
Any part of the extensometer projecting beyond the furnace shall be designed or protected from draughts so that
fluctuations in the ambient temperature have only a minimal effect on the readings. It is advisable to maintain
reasonable stability of the temperature and speed of the air surrounding the testing machine.
6.3 Heating device
6.3.1 Permitted deviations of temperature
The heating device for the test piece shall be such that the test piece can be heated to the specified temperature q.
The permitted deviations between the specified temperature, u, and the indicated temperature, u, and for the
i
temperature gradient are given in Table 2.
Table 2 — Permitted deviations between the specified temperature, u, and the indicated temperature, u
i
Specified temperature qPermitted deviation between q and qTemperature gradient
i
°C °C °C
q < 600 6 33
600 , q < 800 6 44
800 , q < 1 000 6 55
For specified temperatures greater than 1 000 °C, the permitted deviations shall be defined by a previous
agreement between the parties concerned.
The indicated temperatures, q, are the temperatures which are measured at the surface of the parallel length of the
i
test piece.
The permitted deviations in temperature shall be complied with on the original gauge length, L , at least until the
o
point corresponding to the proof strength for non-proportional extension is reached.
5
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6.3.2 Measurement of temperature
The temperature-measuring equipment shall have a resolution of a least 1 °C and an accuracy ± 0,004 q °C or
6 2 °C whichever is greater.
When the gauge length is less than 50 mm, one thermocouple should be placed at each end of the parallel length.
When the gauge length is equal to or greater than 50 mm, a third thermocouple should be placed near the centre of
the parallel length.
This number may be reduced if the general arrangement of the furnace and the test piece is such that, from
experience, it is known that the variation in temperature of the test piece does not exceed the permitted deviation
specified in 6.3.1.
Thermocouple junctions shall make good thermal contact with the surface of the test piece and be suitably
screened from direct radiation from the furnace wall.
NOTE Heating by induction coils is not recommended because this type of heating is based on the volume of material
within the coils and temperature control problems could occur.
6.3.3 Verification of the temperature-measuring system
All components of the temperature-measuring system shall be verified at intervals not exceeding three months over
the working temperature range. If the temperature-measuring system is automatically calibrated every day it is
used, or if past successive verifications show that no adjustments were made to the temperature-measuring
equipment for it to comply with the requirements of this International Standard, the verification interval can be
extended. In no case shall this interval exceed one year. Errors shall be recorded on the verification report. The
temperature measuring system shall be verified by a method traceable to the international unit (SI unit) of
temperature.
7 Test piece
7.1 Shape and dimensions
7.1.1 General
The shape and dimensions of the test pieces depend on the shape and dimensions of the metallic product from
which the test pieces are taken.
The test piece is usually obtained by machining a sample from the product or a pressed blank or casting. However
products of constant cross-section (sections, bars, wires, etc.) and also as cast test pieces (i.e. cast irons and non-
ferrous alloys) may be tested without being machined.
The cross-section of the test pieces may be circular, square, rectangular, annular or, in special cases, of some
other shape.
NOTE Test pieces with collars/annular knife-edge ridges in this parallel length may be used.
Proportional test pieces are those whose original gauge length is related to the original cross-sectional area by the
equation Lk= S . The internationally adopted value for k is 5,65. The original gauge length shall be not less than
oo
15 mm. When the cross-sectional area of the test piece is too small for this requirement to be met with the
coefficient k value of 5,65, a higher value (preferably 11,3) or a non-proportional test piece may be used.
In the case of non-proportional test pieces, the original gauge length (L ) is taken independently of the original
o
cross-sectional area (S ).
o
The dimensional tolerances of the test pieces shall be in accordance with the appropriate annexes (see 7.2).
6
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7.1.2 Machined test pieces
Machined test pieces shall incorporate a transition curve between the gripped ends and the parallel length if these
have different dimensions. The dimensions of this transition radius may be important and it is recommended that
they be given in the material specification if they are not given in the appropriate annex (see 7.2).
The gripped ends may be of any shape to suit the grips of the testing machine. The axis of test piece shall coincide
with or be parallel to the axis of application of the force.
The parallel length (L ) or, in the case where the test piece has no transition curve, the free length between the
c
grips, shall always be greater than the original gauge length (L ).
o
7.1.3 Unmachined test pieces
If the test piece consists of an unmachined length of the product or of an unmachined test bar, the free length
between the grips shall be sufficient for gauge marks to be at a reasonable distance from the grips (see annexes).
7.2 Types
The main types of test pieces are defined in annexes A to D according to the shape and type of product, as shown
in Table 3. Other types of test piece can be specified in product standards.
Table 3 — Product types
Type of product
Sheets - Flats Wire - Bars - Sections
Corresponding
annex
with a thickness with a diameter or side in millimetres of
in millimetres of
0,1 < thickness , 3— A
— , 4B
> 3 > 4C
Tubes D
7.3 Preparation of test pieces
The test pieces shall be taken and prepared in accordance with the requirements of the International Standards for
the different materials (e.g. ISO 377 for steel and steel products, ISO 2142 for wrought aluminium and magnesium
and their alloys).
7
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8 Test conditions
8.1 Heating of the test piece
The test piece shall be heated to the specified temperature, q, and shall be maintained at that temperature for at
least 10 min before loading. The loading shall only be started after the indications of the elongation-measuring
apparatus have been stabilized.
NOTE Longer times are often required to bring the entire cross section of the material up to the specified temperature.
During heating, the temperature of the test piece shall not, at any moment, exceed the specified temperature with its
tolerances, except by special agreement between the parties concerned.
When the test piece has reached the specified temperature, the extensometer shall be reset to zero.
8.2 Loading of the test piece
Force application to the test piece shall be made so as to strain the test piece in a non-decreasing manner, without
shock or sudden vibration. The force shall be applied along the specimen axis so as to produce minimum bending
1)
or torsion in the specimen gauge length .
8.3 Rate of loading
8.3.1 Determination of yield strength
This deals with upper and lower yield strengths, proof strength non-proportional extension.
The strain rate of the parallel length of the test piece, from the beginning of the test to the yield strength to be
determined, shall be between 0,001/min and 0,005/min.
When a test system is incapable of displaying strain rate, the stress rate shall be set so that a strain rate less than
0,003/min is maintained throughout the elastic range. In no case shall the stress rate in the elastic range exceed
2
.
300 N/(mm min).
8.3.2 Determination of tensile strength
If only the tensile strength is to be determined, the strain rate of the test piece shall be between 0,02/min and
0,20/min.
If a yield strength is also determined on the same test piece, the change of the stress rate required in 8.3.1 to the
rate defined above shall be monotonic.
9 Procedure
9.1 Determination of original cross-sectional area (S )
o
The original cross-sectional area shall be calculated from the measurements of the appropriate dimensions. The
precision of the measurement depends on the type of the test piece. The limit of error in determining cross-sectional
areas of different types of test piece is given in annexes A to D.
9.2 Marking the original gauge length (L )
o
Each end of the original gauge length shall be marked by means of fine marks or scribed lines, but not by notches
which could cause premature fracture.
1)
Examples of methods for verifying alignment can be found in ASTM E1012.
8
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ISO 783:1999(E)
NOTE Some materials are not notch sensitive. Gauge marking by notches on these materials should be allowed.
For proportional test pieces, the calculated value of the original gauge length may be rounded off to the nearest
multiple of 5 mm, provided that the difference between the calculated and marked gauge length is less than 10 % of
L .
o
If the parallel length (L ) is much longer than the original gauge length, e.g., with unmachined test pieces, a series
c
of overlapping gauge lengths may be drawn; some of these lengths may extend up to the grips, but the gauge
marks shall be within the heated zone.
In some cases, it may be helpful to draw on the surface of the test piece, a line parallel to the longitudinal axis,
along which the gauge lengths are drawn.
On an automatic testing machine, the gauge length is defined by the distance between the two knife-edges of the
extensometer.
9.3 Determination of percentage elongation after fracture (A)
Percentage elongation after fracture shall be determined in accordance with the definition given in 3.6.2.
For this purpose, the two broken pieces of the test piece are carefully fitted back together so that their axes lie in a
straight line.
Special precautions shall be taken to ensure proper contact between the broken parts of the test piece when
measuring the final gauge length. This is particularly important when dealing with small cross-sections and low
elongation values.
Elongation after fracture (L 2 L ) shall be determined to the nearest 0,25 mm with a measuring device having
u o
sufficient resolution and the value of percentage elongation after fracture shall be rounded to the nearest 0,5 %.
When using this International Standard to determine percent elongations less than 5 %, measuring of the elongation
should be restricted to an extensometer.
This measurement is, in principle, valid only if the distance between the fracture and the nearest gauge mark is not
less than one third of the original gauge length (L ). However the measurement is valid, irrespective of the position
o
of the fracture, if the percentage elongation after fracture is equal to or greater than the specified value.
If so permitted by the product standard, elongation may be measured over a fixed gauge length and converted to
proportional gauge length using conversion formulae or tables similar to those given in ISO 2566-1 and ISO 2566-2.
When using an extensometer to measure the elongation after fracture and the total elongation at fracture, the
extensometer gauge length, L , shall be equal to the original gauge length, L .
e o
If the data acquisition system is capable of automatically measuring elongation, gauge marks are not needed. In this
case, the elongation measured is the total elongation and the elastic elongation shall be deducted to obtain the
percent elongation at fracture.
NOTE Comparisons of percentage elongation are possible only when the gauge length or extensometer gauge length, the
shape and area of the cross-section are the same or when the coefficient of proportionality (k) is the same.
9.4 Determination of proof strength non proportional extension (R )
p
The proof strength (non-proportional extension) is determined from the force/extension diagram by drawing a line
parallel to the straight portion of the curve and at a distance from this equivalent to the prescribed non-proportional
percentage, e.g. 0,2 %. The point at which this line intersects the curve gives the force corresponding to the desired
proof strength (non-proportional extension). The latter is obtained by dividing this force by the original cross-
sectional area of the test piece (S ) (see Figure 3).
o
Accuracy in drawing the force/extension diagram is essential. The curve may be drawn by an automatic recording
or a manual method.
If the straight portion of the force/extension diagram is not clearly defined, thereby preventing drawing the parallel
line with sufficient precision, the following procedure is recommended (see Figure 4).
9
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ISO 783:1999(E)
When the presumed proof strength has been exceeded, the force is reduced to a value equal to about 10 % of the
force obtained. The force is then increased again until it exceeds the value obtained originally. To determine the
desired proof strength a line is drawn through the hysteresis loop. A line is then drawn parallel to this line, at a
distance from the origin of the curve, measured along the abscissa, equal to the prescribed non-proportional
percentage. The intersection of this parallel line and the force/extension curve gives the force corresponding to the
proof strength. The latter is obtained by dividing this force by the original cross-sectional area of the test piece (S )
o
(see Figure 4).
This property may be obtained without plotting the force/extension curve by using automatic devices
(e.g.microprocessor, etc.).
Where the extensometer gauge length, L , differs from the original gauge length, L , the elongation measured shall
e o
be expressed as a percentage of the extensometer gauge length, L .
e
9.5 Verification of specified percentage permanent elongation (R )
r
After the test piece has been heated to the specified temperature (see 8.1), monotonically apply the force specified
in the product standard, if this verification is required, in accordance with the conditions defined in 8.3.1. Maintain
this force, as a general rule, for 10 s to 12 s unless otherwise specified in the product standard. After the force has
been removed, verify that the permanent elongation (see 3.6.1) is not more than the specified percentage.
10 Test report
The test report shall contain at least the following information.
a) reference to this International Standard, i.e. ISO 783;
b) identification of the test piece;
c) nature of the material, if known;
d) type of test piece;
e) specified temperature, indicated temperatures and/or the gradient, if outside the permitted limits;
f) measured properties and results.
10
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NOTE For the explanation of reference numbers see Table 1.
Figure 1 — Definitions of elongation
11
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ISO 783:1999(E)
NOTE For the explanation of reference numbers see Table 1.
Figure 2 — Definitions o
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 783
Deuxième édition
1999-08-15
Matériaux métalliques — Essai de traction à
température élevée
Metallic materials — Tensile testing at elevated temperature
A
Numéro de référence
ISO 783:1999(F)
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Sommaire
Page
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.1
4 Symboles et désignations .3
5 Principe.5
6 Appareillage .5
7 Éprouvette .6
8 Conditions d'exécution de l'essai .8
9 Mode opératoire.8
10 Rapport d'essai .10
Annexe A (normative) Types d'éprouvette à employer dans le cas de produits minces: tôles, feuillards et
plats d'épaisseur comprise entre 0,1 mm et 3 mm.17
Annexe B (normative) Types d'éprouvette à employer dans le cas des fils, barres et profilés de diamètre ou
d'épaisseur inférieur(e) à 4 mm.19
Annexe C (normative) Types d'éprouvette à employer dans le cas des tôles et plats d'épaisseur égale ou
supérieure à 3 mm, et des fils, barres et profilés de diamètre ou d’épaisseur égal(e) ou supérieur(e) à 4 mm20
(normative)
Annexe D Types d'éprouvette à employer dans le cas des tubes.23
Annexe E (normative) Mesurage de l'allongement pour cent après rupture basé sur la subdivision de la
longueur initiale entre repères .25
Annexe F (informative) Précautions recommandées pour la détermination de la résistance à la traction dans
le cas des matériaux présentant un phénomène d'écoulement particulier.27
Bibliographie.28
© ISO 1999
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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Imprimé en Suisse
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ISO 783:1999(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé 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 l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 783 a été élaborée par le comité technique ISO /TC 164 Essais mécaniques des
métaux, sous-comité SC 1 Essais uniaxiaux.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 783:1989), dont elle constitue une révision
technique.
Les annexes A à E font partie intégrante de la présente Norme internationale. L’annexe F est donnée uniquement à
titre d’information.
iii
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 783:1999(F)
Matériaux métalliques — Essai de traction à température élevée
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie une méthode pour les essais de traction des matériaux métalliques à une
température spécifiée supérieure à la température ambiante et définit les caractéristiques mécaniques qu'elle
permet de déterminer.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 286-2, Système ISO de tolérances et d'ajustements — Partie 2: Tables des degrés de tolérance normalisés et
des écarts limites des alésages et des arbres.
ISO 377, Acier et produits en acier — Position et préparation des échantillons et éprouvettes pour essais
mécaniques.
ISO 2142, Aluminium, magnésium et leurs alliages corroyés — Choix des spécimens et des éprouvettes pour
essais mécaniques.
ISO 2566-1, Acier — Conversion des valeurs d’allongement — Partie 1: Aciers au carbone et aciers faiblement
alliés.
ISO 2566-2, Acier — Conversion des valeurs d’allongement — Partie 2: Aciers austénitiques.
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux —
Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de charge.
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des extensomètres utilisés dans les essais uniaxiaux.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
longueur entre repères
longueur de la partie calibrée de l'éprouvette sur laquelle doit être mesuré l'allongement, à un instant donné de
l'essai
NOTE On distingue en particulier les longueurs entre repères définies en 3.1.1. et 3.1.2
1
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3.1.1
longueur initiale entre repères
L
o
longueur entre repères, à la température ambiante, avant chauffage de l'éprouvette et application de la charge
3.1.2
longueur ultime entre repères
L
u
longueur entre repères après rupture, les deux fragments étant rapprochés soigneusement de manière que leurs
axes soient dans le prolongement l'un de l'autre, mesurée à la température ambiante
3.2
longueur calibrée
L
c
partie calibrée de section réduite de l'éprouvette
NOTE La notion de longueur calibrée est remplacée par la notion de longueur entre les mâchoires pour les éprouvettes
non usinées.
3.3
longueur de base de l'extensomètre
L
e
longueur de la partie calibrée de l'éprouvette, utilisée pour le mesurage de l'allongement au moyen d'un
extensomètre
NOTE Cette longueur peut différer de L et être supérieure à b, d ou D (voir Tableau 1) mais est inférieure à L .
o c
3.4
extension
accroissement de la longueur de base de l'extensomètre (L ), à un instant donné de l’essai
e
3.5
allongement
accroissement de la longueur initiale entre repères (L ) sous l’action d’une charge de traction, à un instant donné
o
de l'essai
3.6
allongement pour cent
allongement exprimé en pourcentage de la longueur initiale entre repères (L )
o
NOTE On distingue en particulier les allongements définis en 3.6.1 à 3.6.3.
3.6.1
allongement rémanent pour cent
accroissement de la longueur initiale entre repères d'une éprouvette après suppression d’une charge unitaire
spécifiée (voir 3.8), exprimé en pourcentage de la longueur initiale entre repères (L )
o
3.6.2
allongement pour cent après rupture
A
allongement rémanent de la longueur entre repères après rupture (L - L ), exprimé en pourcentage de la longueur
u o
initiale entre repères (L )
o
Voir Figure 1.
3.6.3
allongement total pour cent à la rupture
A
t
allongement total (allongement élastique plus allongement plastique) de la longueur entre repères au moment de la
rupture, exprimé en pourcentage de la longueur initiale entre repères (L )
o
Voir Figure 1.
2
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3.7
coefficient de striction
Z
variation maximale de l'aire de la section transversale (S - S ) survenue au cours de l’essai, exprimée en
o u
pourcentage de l'aire de la section initiale (S )
o
3.8
charge maximale
F
m
la plus grande charge supportée par l'éprouvette au cours de l'essai
Voir Figure 5.
NOTE Voir commentaires dans l'annexe F.
3.9
charge unitaire
à tout instant de l'essai, quotient de la charge par l'aire de la section initiale (S ) de l'éprouvette
o
3.9.1
résistance à la traction
R
m
charge unitaire correspondant à la charge maximale (F )
m
Voir Figure 5.
3.9.2
limite apparente d'élasticité
lorsque le matériau métallique présente un effet d'écoulement, point atteint durant l'essai où se produit une
déformation plastique, sans accroissement de la charge
NOTE On distingue en particulier les limites définies en 3.9.2.1 et 3.9.2.2.
3.9.2.1
limite supérieure d'écoulement
R
eH
valeur de la charge unitaire au moment où l'on observe la première chute de la charge
Voir Figure 2.
3.9.2.2
limite inférieure d'écoulement
R
eL
la plus faible valeur de la charge unitaire pendant l'écoulement plastique, en négligeant tout phénomène transitoire
Voir Figure 2.
3.9.3
limite conventionnelle d'élasticité
R
p
charge unitaire à laquelle correspond une extension non proportionnelle égale à un pourcentage spécifié de la
longueur de base de l'extensomètre (L )
e
Voir Figure 3.
NOTE Le symbole utilisé est suivi d'un indice indiquant le pourcentage spécifié, par exemple: R
p0,2
4 Symboles et désignations
Les symboles utilisés dans la présente Norme internationale et leur désignation sont donnés dans le Tableau 1.
3
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Tableau 1 — Symboles et désignations
Numéro de Symbole Unité Désignation
a
repère
Éprouvette
— q °C Température fixée
— q °C Température indiquée
i
b
1 a mm Épaisseur de l'éprouvette plate ou épaisseur de paroi d'un tube
2 b mm Largeur de la longueur calibrée de l'éprouvette plate ou largeur
moyenne de la bande longitudinale prélevée dans un tube ou largeur
du fil plat
3 d mm Diamètre de la longueur calibrée d'une éprouvette circulaire, ou
diamètre de fil rond, ou diamètre intérieur d'un tube
4 D mm Diamètre extérieur d'un tube
5 L mm Longueur initiale entre repères
o
6 mm Longueur calibrée
L
c
— L mm Longueur de base de l'extensomètre
e
7 L mm Longueur totale de l'éprouvette
t
8 L mm Longueur ultime entre repères après rupture
u
2
9 S mm Aire de la section initiale de la longueur calibrée
o
2
10 S mm Aire minimale de la section après rupture
u
— k — Coefficient de
proportionnalité
SS-ou
— Z %
Coefficient de striction: ·100
S
o
11 — Têtes d'amarrage
—
Allongement
12 — mm Allongement après rupture: L - L
u o
LL-c
uo
A
13 %
Allongement pour cent après rupture: ·100
L
o
14 A % Allongement total pour cent à la rupture
t
15 — % Allongement rémanent pour cent spécifié
16 — % Allongement non proportionnel pour cent spécifié
Charge
17 F N Charge maximale
m
Limite apparente d'élasticité — Limite conventionnelle
d’élasticité — Résistance à la traction
d
2
18 R N/mm Limite supérieure d'écoulement
eH
2
19 R N/mm Limite inférieure d'écoulement
eL
2
20 R N/mm Résistance à la traction
m
2
21 R N/mm Limite conventionnelle d'élasticité
p
a
Voir Figures 1 à 10.
b
Le symbole T est également utilisé dans les normes de produit des tubes en acier.
c
Dans le cas des éprouvettes proportionnelles, uniquement dans le cas où la longueur initiale entre repères est
4 S
o
différente de 5,65 S , avec 5,65 S = 5 , où S est l'aire de la section initiale de la longueur calibrée, le
o o o
p
symbole doit être complété par un indice indiquant le coefficient de proportionnalité utilisé, par exemple:
A
A = allongement pour cent sur une longueur initiale entre repères (L ) de 11,3 S
11,3 o o
Dans le cas des éprouvettes non proportionnelles, le symbole A doit être complété par un indice indiquant la longueur
initiale entre repères utilisée, exprimée en millimètres, par exemple:
A = allongement pour cent sur une longueur initiale entre repères (L ) de 80 mm
80 mm o
d 2
1 N/mm = 1 MPa
4
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5 Principe
L'essai consiste à soumettre une éprouvette à un effort de traction, généralement jusqu'à rupture, en vue de
déterminer une ou plusieurs des caractéristiques mécaniques définies dans l'article 3.
L'essai est effectué à la température spécifiée, supérieure à la température ambiante.
6 Appareillage
6.1 Machine d'essai
La machine d'essai doit être vérifiée conformément aux prescriptions de l’ISO 7500-1 et doit être au moins de
classe 1, sauf spécification contraire de la norme de produit.
6.2 Extensomètre
Lorsqu'un extensomètre est utilisé pour mesurer les allongements, il doit être de la classe 1 (voir l’ISO 9513) pour
les limites inférieure et supérieure d'écoulement ainsi que pour la limite conventionnelle d'élasticité; pour les autres
caractéristiques (présentant des allongements plus élevés), un extensomètre de la classe 2 (voir l’ISO 9513) peut
être utilisé.
La longueur de base de l'extensomètre ne doit pas être inférieure à 10 mm et doit être centrée dans la région
médiane de la longueur calibrée. Il convient que l'extensomètre soit de préférence d'un type capable de mesurer
l'allongement sur deux côtés de l'éprouvette, permettant ainsi de faire la moyenne des deux lectures.
Toutes les parties de l'extensomètre qui débordent du four doivent être conçues ou protégées des courants d'air de
façon que les fluctuations de la température ambiante aient seulement un effet minimal sur les lectures. Il faut
maintenir une stabilité suffisante de la température et de la vitesse de l'air environnant la machine d'essai.
6.3 Dispositif de chauffage
6.3.1 Écarts admissibles de température
Le dispositif de chauffage de l'éprouvette doit être tel que l'éprouvette puisse être portée à la température spécifiée,
q.
Les écarts admissibles entre la température spécifiée, , et la température indiquée, , et pour le gradient de
q q
i
température sont tels que donnés dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Écart admissible entre la température spécifiée, q, et la température indiquée, q
i
Température spécifiée, qÉcart admissible entre q et q Gradient de température
i
°C °C °C
q< 3
600
±
3
4
600 , q < 800
± 4
5
800 , q < 1 000
± 5
Pour les températures spécifiées supérieures à 1 000 °C, les écarts admissibles doivent faire l'objet d'un accord
préalable entre les parties concernées.
Les températures indiquées, q, sont les températures mesurées à la surface de la longueur calibrée de
i
l'éprouvette.
Les écarts de température admissibles doivent être respectés sur la longueur initiale entre repères, L , au moins
o
jusqu'au point correspondant à la limite conventionnelle d'élasticité.
5
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6.3.2 Mesure de la température
L'équipement de mesure des températures doit avoir une résolution d'au moins 1 °C et une exactitude égale à la
plus grande des deux valeurs ± 0,004q °C ou ± 2 °C.
Lorsque la longueur entre repères est inférieure à 50 mm, il convient de placer un thermocouple à chaque extrémité
de la longueur calibrée. Lorsque la longueur entre repères est égale ou supérieure à 50 mm, il convient de placer
un troisième thermocouple au milieu de la longueur calibrée.
Ce nombre peut être réduit si, par expérience, on est assuré que les dispositions du four et de l'éprouvette sont
telles que la variation de la température de l'éprouvette ne dépasse pas la variation admise en 6.3.1.
Les jonctions des thermocouples doivent avoir un bon contact thermique avec la surface de l'éprouvette et être
convenablement protégées du rayonnement direct des parois du four.
NOTE Le chauffage par bobines d'induction n'est pas recommandé dans la mesure où ce type de chauffage est fondé sur
le volume de matériau au sein des bobines ce qui pourrait engendrer des problèmes de contrôle de la température.
6.3.3 Vérification du système de mesure de la température
Tous les composants du système de mesure de la température doivent être vérifiés pour le domaine de
température utilisé à des intervalles ne dépassant pas trois mois. Si le système de mesure de la température est
étalonné automatiquement tous les jours où il est utilisé, ou si les vérifications successives antérieures ont montré
qu'aucun ajustement du système de mesure de la température n'a été fait pour le rendre conforme aux exigences
de la présente Norme internationale, l'intervalle de vérification peut être allongé. Cet intervalle ne doit en aucun cas
dépasser un an. Les erreurs doivent être notées dans le rapport de vérification. La vérification du système de
mesure de la température doit être effectuée par une méthode qui peut être raccordée à l'unité internationale (unité
SI) de température.
7 Éprouvette
7.1 Forme et dimensions
7.1.1 Généralités
La forme et les dimensions des éprouvettes dépendent de la forme et des dimensions du produit métallique dans
lequel les éprouvettes sont prélevées.
L'éprouvette est généralement obtenue par usinage d'un échantillon du produit ou d'un flan découpé à la presse ou
d’une pièce moulée. Cependant, les produits de section droite constante (profilés, barres, fils, etc.) ainsi que les
éprouvettes brutes de fonderie (c’est-à-dire fontes et alliages non ferreux) peuvent être soumis à l'essai sans être
usinés.
La section droite des éprouvettes peut être circulaire, carrée, rectangulaire, annulaire, ou dans des cas particuliers,
d'une autre forme.
NOTE Les éprouvettes à collerettes/couteaux annulaires dans cette longueur calibrée peuvent être utilisées.
Les éprouvettes proportionnelles sont celles dont la longueur initiale entre repères est reliée à l'aire de la section
initiale selon la relation L = k S . La valeur k retenue sur le plan international est 5,65. La longueur initiale entre
o o
repères ne doit pas être inférieure à 15 mm. Lorsque l'aire de la section droite de l'éprouvette est trop faible pour
que cette condition soit remplie avec la valeur 5,65 du coefficient k, on peut utiliser soit une valeur de k supérieure
(de préférence 11,3), soit une éprouvette non proportionnelle.
Dans le cas des éprouvettes non proportionnelles, la longueur initiale entre repères (L ) est prise indépendamment
o
de l'aire de la section initiale (S ).
o
Les tolérances dimensionnelles des éprouvettes doivent être en conformité avec les annexes appropriées (voir 7.2).
6
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7.1.2 Éprouvettes usinées
Les éprouvettes usinées doivent comporter un congé de raccordement entre les têtes d'amarrage et la longueur
calibrée lorsque celles-ci sont de dimensions différentes. Les dimensions de ce congé peuvent être importantes, et
il est recommandé qu'elles soient indiquées dans la spécification du matériau lorsqu'elles ne sont pas données
dans l'annexe appropriée (voir 7.2).
Les têtes d'amarrage peuvent être de toute forme adaptée aux mâchoires de la machine d'essai. L'axe de
l'éprouvette doit coïncider ou être parallèle à l'axe d'application de la charge.
La longueur calibrée (L ) ou, dans le cas où l'éprouvette ne comporte pas de congé de raccordement, la longueur
c
libre entre les mâchoires doit toujours être supérieure à la longueur initiale entre repères (L ).
o
7.1.3 Éprouvettes non usinées
Dans le cas où l'éprouvette est constituée par un tronçon brut du produit ou un barreau d'essai non usiné, la
longueur libre entre les mâchoires doit être suffisante pour que les repères soient à une distance raisonnable des
mâchoires (voir annexes).
7.2 Types
Les principaux types d'éprouvettes sont définis dans les annexes A à D en fonction de la forme et du type du
produit comme l'indique le Tableau 3. D'autres types d'éprouvette peuvent être spécifiés dans les normes de
produit.
Tableau 3 — Types de produit
Type de produit
Tôles — Plats Fils — Barres — Profilés
Annexe
correspondante
dont l'épaisseur, dont le diamètre ou le côté, en millimètres, est
en millimètres, est
0,1 < épaisseur , 3— A
— , 4B
> 3 > 4C
Tubes D
7.3 Préparation des éprouvettes
Les éprouvettes doivent être prélevées et préparées conformément aux prescriptions des Normes internationales
relatives aux différents matériaux (par exemple l'ISO 377 pour l'acier et les produits en acier, l'ISO 2142 pour
l'aluminium, le magnésium et leurs alliages corroyés).
7
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8 Conditions d'exécution de l'essai
8.1 Chauffage de l'éprouvette
L'éprouvette doit être portée à la température spécifiée, q, et doit être maintenue à cette température au moins
10 min avant mise en charge. On ne doit pas commencer la mise en charge avant que les indications de l'appareil
de mesure des allongements ne soient stabilisées.
NOTE Des durées plus longues sont souvent nécessaires pour porter toute la section du matériau à la température
spécifiée.
Au cours du chauffage, la température de l'éprouvette ne doit à aucun moment dépasser la température spécifiée
affectée de ses tolérances, sauf accord particulier entre les parties intéressées.
Lorsque l'éprouvette a atteint la température spécifiée, l'extensomètre doit être mis à zéro.
8.2 Mise en charge de l'éprouvette
La charge doit être appliquée de telle sorte que l'éprouvette soit soumise à déformation de façon non décroissante,
sans chocs ni variations brusques. La charge doit être appliquée dans la direction de l'axe de l'éprouvette de façon
1)
à produire une flexion ou une torsion minimale dans la longueur entre repères de l'éprouvette .
8.3 Vitesse de mise en charge
8.3.1 Détermination de la limite d'élasticité
Ce paragraphe traite des limites inférieure et supérieure d'écoulement et de la limite conventionnelle d'élasticité.
La vitesse de déformation de la longueur calibrée de l'éprouvette, du début de l'essai jusqu'à l'obtention de la limite
d'élasticité à déterminer doit être comprise entre 0,001/min et 0,005/min.
Lorsque qu'un dispositif d'essai n'est pas en mesure d'imposer une vitesse de déformation, il faut régler la vitesse
de mise en charge de sorte qu'une vitesse de déformation inférieure à 0,003/min soit maintenue dans le domaine
élastique. En aucun cas, la vitesse de mise en charge dans le domaine élastique ne doit dépasser
2.
300 N/(mm min).
8.3.2 Détermination de la résistance à la traction
Lorsqu'on détermine uniquement la résistance à la traction, la vitesse de déformation de l'éprouvette doit être
comprise entre à 0,02/min et 0,20/min.
Dans le cas où l'on détermine également sur la même éprouvette une limite d'élasticité, le passage de la vitesse de
mise en charge spécifiée en 8.3.1 à la vitesse définie ci-dessus doit être monotone.
9 Mode opératoire
9.1 Détermination de l'aire de la section initiale (S )
o
L'aire de la section initiale doit être calculée à partir des mesures des dimensions appropriées. La fidélité de la
mesure dépend du type de l'éprouvette. La limite de l'erreur dans la détermination des aires de section de différents
types d'éprouvette est indiquée dans les annexes A à D.
1)
Des exemples de méthodes pour vérifier l'alignement peuvent être trouvés dans l’ASTM E1012.
8
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9.2 Marquage de la longueur initiale entre repères (L )
o
Chaque extrémité de la longueur initiale entre repères doit être matérialisée soit par de fines marques, soit par des
traits de pointe sèche, à l'exclusion de marques formant entailles et qui peuvent être cause de ruptures
prématurées.
NOTE Certains matériaux ne sont pas sensibles aux entailles. Il convient d’admettre le marquage par des entailles sur ces
matériaux.
Dans le cas des éprouvettes proportionnelles, la valeur calculée de la longueur initiale entre repères peut être
arrondie au multiple de 5 mm le plus proche, pour autant que la différence entre la longueur entre repères calculée
et la longueur marquée ne dépasse pas 10 % de L .
o
Lorsque la longueur calibrée (L ) est très supérieure à la longueur initiale entre repères, par exemple, dans le cas
c
des éprouvettes non usinées, on peut tracer une série de longueurs entre repères se chevauchant; certaines de
ces longueurs peuvent aller jusqu'aux mâchoires mais les repères doivent se situer dans la zone chauffée.
Dans certains cas, il peut être utile de tracer à la surface de l'éprouvette une ligne parallèle à l’axe longitudinal, le
long de laquelle on trace les longueurs entre repères.
Sur une machine d'essai automatique, la longueur entre repères est définie comme l'écartement entre les deux
couteaux de l'extensomètre.
9.3 Détermination de l'allongement pour cent après rupture (A)
L'allongement pour cent après rupture doit être déterminé conformément à la définition donnée en 3.6.2.
Les deux fragments rompus de l'éprouvette sont, à cet effet, soigneusement rapprochés de manière que leurs axes
soient dans le prolongement l'un de l'autre.
Des précautions particulières doivent être prises pour assurer le bon contact des fragments rompus de l'éprouvette
lors du mesurage de la longueur ultime entre repères. Cela est particulièrement important lorsqu'on traite de faibles
sections et des faibles valeurs d'allongement.
L'allongement après rupture (L - L ) doit être déterminé à 0,25 mm près avec un dispositif de mesure ayant une
u o
résolution suffisante, et la valeur de l'allongement pour cent après rupture doit être arrondie à 0,5 % près. Lorsqu'on
utilise la présente Norme internationale pour déterminer des allongements pour cent inférieurs à 5 %, il est
recommandé de ne procéder au mesurage de l'allongement qu’avec un extensomètre.
Cette mesure n'est en principe valable que si la distance entre la rupture et le repère le plus proche n'est pas
inférieure au tiers de la longueur initiale entre repères (L ). La mesure reste toutefois valable, quelle que soit la
o
position de la rupture, si l'allongement pour cent après rupture est égal ou supérieur à la valeur spécifiée.
Si cela est permis par la norme de produit, l'allongement peut être mesuré sur une longueur fixe entre repères et
converti en longueur entre repères proportionnelle, à l'aide de formules ou de tables de conversion, analogues à
celles données dans l’ISO 2566-1 et l’ISO 2566-2.
Lorsqu'on utilise un extensomètre pour mesurer l'allongement après rupture et l'allongement total à la rupture, la
longueur de base de l'extensomètre, L , doit être égale à la longueur initiale entre repères, L .
e o
Lorsque le système d'acquisition de données est capable de mesurer automatiquement l'allongement, les repères
ne sont pas nécessaires. Dans ce cas, l'allongement mesuré est l'allongement total, et l'allongement élastique doit
être soustrait pour obtenir l'allongement pour cent à la rupture.
NOTE Des comparaisons d'allongements pour cent sont possibles uniquement lorsque la longueur entre repères ou la
longueur de base de l’extensomètre, la forme et l'aire de la section droite sont les mêmes ou lorsque le coefficient de
proportionnalité, k, est le même.
9
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9.4 Détermination de la limite conventionnelle d'élasticité (R )
p
La limite conventionnelle d'élasticité est déterminée sur le diagramme charge/extension en traçant une droite
parallèle à la partie rectiligne de la courbe et distante de celle-ci d'une valeur correspondant au pourcentage non
proportionnel prescrit, par exemple: 0,2 %. Le point où cette droite coupe la courbe donne la charge correspondant
à la limite conventionnelle d'élasticité recherchée. Cette dernière est obtenue en divisant cette charge par l'aire de
la section initiale de l'éprouvette (S ) (voir Figure 3).
o
La précision du tracé du diagramme charge/extension est essentielle. La courbe peut être tracée par
enregistrement aut
...
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