Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled method

ISO 12106:2017 specifies a method of testing uniaxially deformed specimens under strain control at constant amplitude, uniform temperature and fixed strain ratios including at Re = −1 for the determination of fatigue properties. It can also be used as a guide for testing under other R-ratios, as well as elevated temperatures where creep deformation effects may be active.

Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par déformation axiale contrôlée

Le présent document spécifie une méthode d'essai des éprouvettes déformées de manière uniaxiale sous contrôle de déformation à amplitude constante, température uniforme et rapport de déformation fixe, notamment à Re = −1, pour la détermination des propriétés de fatigue. Il peut également être utilisé comme guide pour les essais réalisés sous d'autres rapports R, ainsi qu'à des températures élevées où la déformation par fluage peut avoir des conséquences.

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Publication Date
22-Mar-2017
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Due Date
13-Jun-2022
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ISO 12106:2017 - Metallic materials -- Fatigue testing -- Axial-strain-controlled method
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ISO 12106:2017 - Matériaux métalliques -- Essais de fatigue -- Méthode par déformation axiale contrôlée
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12106
Second edition
2017-03
Metallic materials — Fatigue testing —
Axial-strain-controlled method
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
déformation axiale contrôlée
Reference number
ISO 12106:2017(E)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12106:2017(E)
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© ISO 2017, Published in Switzerland

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ii © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 12106:2017(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 3

4.1 Specimens ................................................................................................................................................................................................... 3

4.2 Fatigue testing ......................................................................................................................................................................................... 3

4.2.1 Symbols .................................................................................................................................................................................... 3

4.2.2 Subscripts .............................................................................................................................................................................. 5

4.3 Expression of results .......................................................................................................................................................................... 5

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 5

5.1 Test machine ............................................................................................................................................................................................. 5

5.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

5.1.2 Force transducer .............................................................................................................................................................. 6

5.1.3 Gripping of specimen ................................................................................................................................................... 6

5.1.4 Alignment check ............................................................................................................................................................... 6

5.2 Strain measurement ........................................................................................................................................................................... 7

5.3 Heating device and temperature measurement ......................................................................................................... 8

5.4 Instrumentation for test monitoring ................................................................................................................................... 8

5.4.1 Recording systems ...................................................................... .................................................................................... 8

5.4.2 Cycle counter ....................................................................................................................................................................... 9

5.5 Checking and verification .............................................................................................................................................................. 9

6 Specimens .................................................................................................................................................................................................................... 9

6.1 Geometry ...................................................................................................................................................................................................... 9

6.1.1 Round bars ............................................................................................................................................................................ 9

6.1.2 Flat sheet products .....................................................................................................................................................10

6.2 Preparation of specimens ...........................................................................................................................................................14

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................14

6.2.2 Machining procedure ................................................................................................................................................14

6.2.3 Sampling and marking .............................................................................................................................................15

6.2.4 Surface condition of specimen ..........................................................................................................................15

6.2.5 Dimensional check ......................................................................................................................................................16

6.2.6 Storage and handling ................................................................................................................................................16

7 Procedure..................................................................................................................................................................................................................16

7.1 Laboratory environment .............................................................................................................................................................16

7.2 Test machine control .......................................................................................................................................................................16

7.3 Mounting of the specimen ..........................................................................................................................................................17

7.4 Cycle shape — Strain rate or frequency of cycling ................................................................................................17

7.5 Start of test ..............................................................................................................................................................................................18

7.5.1 Preliminary measurements .................................................................................................................................18

7.5.2 Test commencement ..................................................................................................................................................19

7.6 Number of specimens ....................................................................................................................................................................19

7.7 Data recording ......................................................................................................................................................................................19

7.7.1 Stress-strain hysteresis loops ............................................................................................................................19

7.7.2 Data acquisition .............................................................................................................................................................19

7.8 End of test .................................................................................................................................................................................................20

7.9 Failure criteria ......................................................................................................................................................................................20

8 High-temperature strain-controlled creep-fatigue testing ...................................................................................22

9 Expression of results .....................................................................................................................................................................................23

9.1 Basic data (recorded data (see 7.7)) .................................................................................................................................23

© ISO 2017 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 12106:2017(E)

9.2 Analysis of low-cycle fatigue results at R = −1 ........................................................................................................23

9.2.1 Distinction between different types of strain values .....................................................................23

9.2.2 Determination of fatigue life (see 7.9) .......................................................................................................24

9.2.3 Stress-strain and strain-fatigue life relationships ............................................................................24

9.3 Analysis of creep-fatigue results ...........................................................................................................................................25

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................25

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................25

10.2 Purpose of the test ............................................................................................................................................................................26

10.3 Material ......................................................................................................................................................................................................26

10.4 Specimen ...................................................................................................................................................................................................26

10.5 Test methods ..........................................................................................................................................................................................26

10.6 Test conditions .....................................................................................................................................................................................27

10.7 Presentation of results ..................................................................................................................................................................27

10.7.1 Presentation of single test results ..................................................................................................................27

10.7.2 Presentation of results of test series ...........................................................................................................28

10.8 Values to be stored in a low-cycle fatigue database .............................................................................................29

Annex A (informative) Measurement uncertainty ..............................................................................................................................31

Annex B (informative) Examples of graphical presentation of results ..........................................................................33

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................37

iv © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 12106:2017(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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,

Subcommittee SC 5, Fatigue testing.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 12106:2003), which has been technically

revised.
© ISO 2017 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 12106:2017(E)
Introduction

Materials and their microstructure may change when subjected to cyclic deformations and their

mechanical properties can be significantly altered when compared with that resultant from monotonic

deformations, for example, uniaxial stress-strain response. The design of mechanical components

subjected to fatigue loadings and cyclic deformations requires, in a number of industrial sectors

(i.e. nuclear, aerospace, ground vehicles, medical devices, etc.), knowledge of the cyclic behaviour of

the materials under reversed strain control conditions, referred to as low-cycle fatigue, when cyclic

plasticity is present.

In order to ensure reliability and consistency of results from different laboratories, it is necessary to

collect all data using test methodologies that comply with a number of key points.

This document concerns both the generation of such strain-controlled fatigue data at room or elevated

temperatures at fixed R-ratios (strain) and the presentation of results for fatigue properties, strain-life

behaviour and cyclic stress-strain responses of metallic materials determined at an R -ratio = −1. Since

there is a close relationship with strain-controlled, high-temperature testing, there is also a section

devoted to creep-fatigue testing methodology.

This document does not address safety or health concerns, should such issues exist, that may be

associated with its use or application. The user of this document has the sole responsibility to establish

any appropriate safety and health concerns, as well as to determine the applicability of any national or

local regulatory limitations regarding the use of this document.
vi © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 12106:2017(E)
Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-
controlled method
1 Scope

This document specifies a method of testing uniaxially deformed specimens under strain control

at constant amplitude, uniform temperature and fixed strain ratios including at R = −1 for the

determination of fatigue properties. It can also be used as a guide for testing under other R-ratios, as

well as elevated temperatures where creep deformation effects may be active.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:

Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system

ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing

ISO 23788, Metallic materials — Verification of the alignment of fatigue testing machines

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
3.1
engineering stress

instantaneous force divided by the initial cross-sectional area of the gauge length

SF= / A
3.2
true stress

instantaneous force divided by the instantaneous cross-sectional area of the gauge length

σ =FA/

Note 1 to entry: At strains to approximately 10 %, the true stress is approximated by the engineering stress,

F/A . It is also important to note that at strains to approximately 10 %, it is the engineering strain that is actually

measured by the extensometer and it is the controlled parameter in a test.
3.3
initial length
gauge length
initial length between extensometer measurement points at test temperature
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 12106:2017(E)
3.4
parallel length
length between transition radii of the test specimen
3.5
strain
engineering strain
LL−
e ==
L L
o o
true total strain
ε =
where
L is the instantaneous length of the gauge section;
L is the initial or gauge length.

Note 1 to entry: At true strain values to approximately 10 %, ε is approximated by the engineering strain e = ΔL/L.

It is also important to note that at strains to approximately 10%, it is the engineering strain that is the quantity

measured by the extensometer and the controlled parameter in a strain-controlled fatigue test.

3.6
cycle
smallest segment of the strain-time function that is repeated periodically
3.7
maximum
greatest algebraic value of a variable within one cycle
3.8
minimum
least algebraic value of a variable within one cycle
3.9
mean
one-half of the algebraic sum of the maximum and minimum values of a variable
3.10
range
algebraic difference between the maximum and minimum values of a variable
3.11
amplitude
half the range of a variable
3.12
fatigue life
number of cycles that have to be applied to achieve a failure

Note 1 to entry: Failure criteria are defined, for example, in 7.8. The failure criterion used shall be reported with

the results and be consistent through a series of fatigue tests.
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 12106:2017(E)
3.13
hysteresis loop
closed curve of the stress-strain response during one complete cycle

Note 1 to entry: It is quite common that the beginning few hysteresis loops in a test sequence may not be

completely “closed” due to cyclic softening, cyclic hardening, cyclic stress relaxation, stress “shakedown”, or

ratchetting.
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols defined in 4.1 to 4.3 apply.
4.1 Specimens
See Table 1.
Table 1 — Symbols and designations concerning specimens
Specimen Symbol Designation Unit
L Initial or gauge length mm
L Instantaneous gauge length mm
A Initial area of gauge section mm
A Instantaneous area of gauge section with mm
AL = A L
o o
A Minimum area at failure mm
Transition radius (from parallel length
r mm
into the grip end of the test specimen)
L Overall length of specimen mm
Cylindrical
d Diameter of cylindrical gauge section mm
D Diameter of grip end of specimen mm
Flat-sheet
t Thickness mm
W Width of grip end mm
w Width of gauge section mm
4.2 Fatigue testing
4.2.1 Symbols
Table 2 — Symbols and designations for variables and properties
Symbol Definition Units
E Modulus of Elasticity Gigapascals (GPa)
mean value of the slope of the
initial linear portion of a stress-
strain curve
E unloading modulus following a Gigapascals (GPa)
maximum stress (see Figure 1),
E unloading modulus following a min- Gigapascals (GPa)
imum stress (see Figure 1)
N number of cycles to failure
© ISO 2017 – All rights reserved 3
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ISO 12106:2017(E)
Table 2 (continued)
Symbol Definition Units
t time to failure; t = T·N in which T is Seconds (s)
f f f
the period of the signal (duration of
the wavelength)
σ true stress Megapascals (MPa)
S engineering stress Megapascals (MPa)
e engineering strain
strain rate Seconds to the power of minus one
 (s )
e =
where t = time
ε true strain
Δ range of a variable
R mean surface roughness Micrometres (µm)
R strain ratio
= (e /e )
min max
Figure 1 — Stress-strain hysteresis loop at R = −1

NOTE For the purpose of defining plastic strain from a stabilized stress-strain hysteresis loop, it is that non-

recoverable strain at the mean stress established by (S + S )/2 for the steady-state stress response in a

max min

controlled strain test. Frequently, it is the width of the hysteresis loop at zero stress crossing but it may not be in

some metals.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 12106:2017(E)
4.2.2 Subscripts
Table 3 — Subscripts and meaning
Subscript Meaning
t total
p plastic
e elastic
a amplitude
m mean
min minimum
max maximum
4.3 Expression of results
See Table 4.

Table 4 — Symbols and designations concerning the expression of fatigue properties for

R = −1 tests
Symbol Designation Unit
σ Cyclic yield strength MPa
n Monotonic strain hardening exponent —
n′ Cyclic strain hardening exponent —
K Monotonic strength coefficient MPa
K′ Cyclic strength coefficient MPa
σ Fatigue strength coefficient MPa
b Fatigue strength exponent —
ε Fatigue ductility coefficient —
c Fatigue ductility exponent —
0,2 % offset is typically used.
5 Apparatus
5.1 Test machine
5.1.1 General

The tests shall be conducted on a uniaxial tension-compression machine designed for smooth start-

up with no backlash when passing through zero stress. The machine shall be capable of controlling

strain and measuring force when applying the recommended waveform. It should be axially stiff and

well aligned. The complete machine-loading system, including force transducer and grips, should have

sufficient lateral stiffness to avoid specimen buckling at the extremes of compressive stress.

NOTE See ISO 23788:2012, Annex C for a methodology for determination of lateral stiffness of a test machine.

© ISO 2017 – All rights reserved 5
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ISO 12106:2017(E)
5.1.2 Force transducer

The force transducer shall be designed for tensile-compressive fatigue tests and should have high

axial and lateral stiffness. Its capacity shall be suitable for the forces applied during the test. The force

transducer shall conform to ISO 7500-1:2015, Class 1.

The indicated force as recorded at the output from a computer in an automated system or from the

final output recording device in any non-automated system shall be within the specified permissible

variation from the actual force. The force transducer capacity shall be sufficient to cover the range of

dynamic forces measured during a test. The force measuring system shall comply with ISO 7500-1:2015,

Class 1.

The force transducer shall be temperature-compensated with temperature coefficient of zero and span

shall be no greater than 0,002 % of full scale per degree Celsius. Further, temperature gradients in the

force transducer should be avoided.

During high-temperature or cryogenic testing, suitable shielding/compensation may be provided for

the cell so it is maintained within its compensation range.
5.1.3 Gripping of specimen

The gripping device shall transmit the cyclic forces to the specimen without backlash along it is

longitudinal axis. The overall load-string length should be minimized to avoid any tendency of the

specimen to buckle. The geometric qualities of the device shall ensure correct alignment in order to

meet the requirements specified in 5.1.4; it is therefore necessary to limit the number of components

of which these gripping devices are composed and reduce the number of mechanical interfaces to a

minimum.

The gripping device shall ensure the manner in which the specimen is mounted is reproducible. It shall

have geometric features assuring the proper alignment of the specimen and preloaded surfaces allowing

transmission of tensile and compressive forces without backlash throughout the duration of the test.

Materials shall be selected so as to ensure correct functioning across the test temperature range.

5.1.4 Alignment check

Bending in a test machine due to misalignment in rigid-grip systems is generally caused by angular or

lateral offsets of the grips or a combination of both (see Figure 2).

The test machine alignment shall be checked before each series of tests and any time a change is made

to the load train in accordance with ISO 23788. The machine alignment shall be maximum of Class 5

according to ISO 23788.
6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 12106:2017(E)
θ/2
θ/2
a) Angular offset b) Lateral offset
c) Load-train offset in a non-rigid system
Figure 2 — Bending mechanisms due to misalignment in fatigue test systems

In a proper test machine/gripping procedure alignment procedure, it is the principles that are important

since they shall:
— Ensure axial alignment of specimen and push/pull rods.

— Ensure mating faces of specimen and push/pull rods are parallel and square to the axis of

symmetry.

— Ensure that the lateral stiffness of the load string and frame is sufficiently great enough to

maintain axially when the specimen gauge length has become plastic (tangent modulus tending to zero).

5.2 Strain measurement
The strain shall be measured from the specimen using an axial extensometer.
© ISO 2017 – All rights reserved 7
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ISO 12106:2017(E)

The extensometer used shall be suitable for measuring dynamic strain over long periods during which

there shall be minimal drift, slippage and instrument hysteresi
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 12106
Deuxième édition
2017-03
Matériaux métalliques — Essais de
fatigue — Méthode par déformation
axiale contrôlée
Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled
method
Numéro de référence
ISO 12106:2017(F)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12106:2017(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2017

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 12106:2017(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 3

4.1 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................ 3

4.2 Essai de fatigue ....................................................................................................................................................................................... 4

4.2.1 Symboles ................................................................................................................................................................................. 4

4.2.2 Indices ....................................................................................................................................................................................... 5

4.3 Expression des résultats ................................................................................................................................................................. 5

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 5

5.1 Machine d'essai ...................................................................................................................................................................................... 5

5.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

5.1.2 Capteur de force ............................................................................................................................................................... 6

5.1.3 Amarrage de l'éprouvette......................................................................................................................................... 6

5.1.4 Contrôle d'alignement ................................................................................................................................................. 6

5.2 Mesure de la déformation.............................................................................................................................................................. 7

5.3 Dispositif de chauffage et mesure de la température ............................................................................................ 8

5.4 Instruments de surveillance des essais ............................................................................................................................. 8

5.4.1 Systèmes d'enregistrement .................................................................................................................................... 8

5.4.2 Compteur de cycles ........................................................................................................................................................ 9

5.5 Contrôle et vérification .................................................................................................................................................................... 9

6 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................................ 9

6.1 Géométrie .................................................................................................................................................................................................... 9

6.1.1 Barres rondes ..................................................................................................................................................................... 9

6.1.2 Produits plats ...................................................................................................................................................................10

6.2 Préparation des éprouvettes ....................................................................................................................................................15

6.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................15

6.2.2 Procédure d'usinage ..................................................................................................................................................15

6.2.3 Échantillonnage et marquage ............................................................................................................................16

6.2.4 État de surface de l'éprouvette .........................................................................................................................17

6.2.5 Contrôle dimensionnel ............................................................................................................................................17

6.2.6 Stockage et manutention .......................................................................................................................................17

7 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................18

7.1 Environnement de laboratoire ...............................................................................................................................................18

7.2 Contrôle de la machine d'essai ...............................................................................................................................................18

7.3 Montage de l'éprouvette ..............................................................................................................................................................18

7.4 Forme du cycle — Vitesse de déformation ou fréquence de cyclage ....................................................19

7.5 Début de l'essai ....................................................................................................................................................................................20

7.5.1 Mesures préliminaires .............................................................................................................................................20

7.5.2 Démarrage de l'essai .................................................................................................................................................20

7.6 Nombre d'éprouvettes ...................................................................................................................................................................21

7.7 Enregistrement de données ......................................................................................................................................................21

7.7.1 Boucles d'hystérésis contrainte-déformation ......................................................................................21

7.7.2 Acquisition des données ........................................................................................................................................21

7.8 Fin de l'essai ...........................................................................................................................................................................................21

7.9 Critères de rupture ...........................................................................................................................................................................22

8 Essai de fluage-fatigue par déformation contrôlée à haute température ..............................................24

9 Expression des résultats............................................................................................................................................................................25

9.1 Données de base (données consignées (voir 7.7)) ...............................................................................................25

© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 12106:2017(F)

9.2 Analyse des résultats de fatigue oligocyclique à R = −1 ..................................................................................25

9.2.1 Distinction entre différents types de valeurs de contrainte ....................................................25

9.2.2 Détermination de la durée de vie en fatigue (voir 7.9) ................................................................26

9.2.3 Relations entre contrainte-déformation et déformation-durée de vie en fatigue 26

9.3 Analyse des résultats de fatigue-fluage ..........................................................................................................................28

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................28

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................28

10.2 Objectif de l'essai ...............................................................................................................................................................................28

10.3 Matériau .....................................................................................................................................................................................................28

10.4 Éprouvette ......... .......................................................................................................................................................................................28

10.5 Méthodes d’essai ................................................................................................................................................................................28

10.6 Conditions d’essai ..............................................................................................................................................................................29

10.7 Présentation des résultats .........................................................................................................................................................29

10.7.1 Présentation des résultats d'essai simples ............................................................................................29

10.7.2 Présentation des résultats de la série d'essais ....................................................................................30

10.8 Valeurs à stocker dans une base de données de fatigue oligocyclique ................................................31

Annexe A (informative) Incertitude de mesure ......................................................................................................................................33

Annexe B (informative) Exemples de présentation graphique des résultats ..........................................................35

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................39

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ISO 12106:2017(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 (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir

https:// www .iso .org/ fr/ directives -and -policies .html).

L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir https:// www .iso .org/ fr/ iso -standards -and -patents .html).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ foreword .html.

Le présent document a été élaboré par le comité d'études ISO/TC 164 Essais mécaniques des métaux,

sous-comité SC 5, Essais de fatigue.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 12106:2003), qui a fait l'objet d'une

révision technique.
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ISO 12106:2017(F)
Introduction

Les matériaux et leur microstructure peuvent changer lorsqu'ils sont soumis à des déformations

cycliques, leurs propriétés mécaniques pouvant être altérées de manière significative comparées à

celles résultant de déformations monotones, par exemple réponse contrainte-déformation uniaxiale. La

conception des composants mécaniques soumis à des charges de fatigue et à des déformations cycliques

exige, dans un certain nombre de secteurs industriels (c'est-à-dire nucléaire, aérospatial, véhicules

terrestres, appareils médicaux, etc.), une connaissance du comportement cyclique des matériaux dans

des conditions de contrôle des déformations alternées (appelées fatigue oligocyclique) en présence de

plasticité cyclique.

Pour assurer la fiabilité et la cohérence des résultats provenant de différents laboratoires, il est

nécessaire de collecter toutes les données à l'aide de méthodologies d'essai satisfaisant à un certain

nombre de points essentiels.

Le présent document porte tant sur la génération de ce type de données de fatigue par déformation

contrôlée aux températures ambiantes ou élevées aux rapports R (déformation) fixes, que sur la

présentation des résultats concernant les propriétés de fatigue, le comportement déformation-durée de

vie et les réponses contrainte-déformation des matériaux métalliques déterminés à un rapport R = −1.

Étant donné qu'il existe une relation étroite avec les essais de déformation contrôlée à haute

température, une section est également consacrée à la méthodologie d'essai en fatigue-fluage.

Le présent document n'aborde pas les problèmes de sécurité et de santé, si de tels problèmes existent,

qui peuvent être liés à son utilisation ou son application. Il relève de la responsabilité de l'utilisateur du

présent document d'établir toutes les questions appropriées en matière de sécurité et de santé, et de

déterminer l'applicabilité des limitations réglementaires nationales ou locales eu égard à l'utilisation

du présent document.
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NORME INTERNATIONALE ISO 12106:2017(F)
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
déformation axiale contrôlée
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie une méthode d'essai des éprouvettes déformées de manière uniaxiale

sous contrôle de déformation à amplitude constante, température uniforme et rapport de déformation

fixe, notamment à R = −1, pour la détermination des propriétés de fatigue. Il peut également être utilisé

comme guide pour les essais réalisés sous d'autres rapports R, ainsi qu'à des températures élevées où la

déformation par fluage peut avoir des conséquences.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques

uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système

de mesure de force

ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques utilisées lors d'essais

uniaxiaux

ISO 23788, Matériaux métalliques - Vérification de l'alignement axial des machines d'essai de fatigue

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

3.1
contrainte conventionnelle

force instantanée divisée par l'aire initiale de la section transversale de la partie calibrée

S= FA/
3.2
contrainte vraie

force instantanée divisée par l'aire instantanée de la section transversale de la partie calibrée

σ= FA/
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ISO 12106:2017(F)

Note 1 à l'article: À des déformations d'environ 10 %, la contrainte vraie est approchée par la contrainte

conventionnelle, F/Ao. Il est également important de noter qu'à des déformations jusqu’à environ 10 %, la

déformation réellement mesurée par l'extensomètre et utilisée comme paramètre de contrôle dans un essai est

la déformation conventionnelle.
3.3
longueur initiale
longueur entre repères

longueur initiale entre les points de mesure de l'extensomètre à la température d'essai

3.4
longueur parallèle
longueur entre les congés de raccordement de l'éprouvette
3.5
déformation
déformation conventionnelle
LL−
e==
L L
p o
déformation totale vraie
ε =
L est la longueur instantanée de la partie calibrée;
L est la longueur initiale ou la longueur entre repères.

Note 1 à l'article: À des valeurs de déformation vraie d'environ 10 %, ε est approché par la déformation

conventionnelle e = ΔL/L. Il est également important de noter qu'à des déformations d'environ 10 %, la

déformation conventionnelle est la grandeur mesurée par l'extensomètre et le paramètre contrôlé dans un essai

de fatigue par déformation contrôlée.
3.6
cycle

plus petit segment de la fonction déformation-temps qui est répété de façon périodique

3.7
maximum
plus grande valeur algébrique d'une variable à l'intérieur d'un cycle
3.8
minimum
plus petite valeur algébrique d'une variable à l'intérieur d'un cycle
3.9
moyenne
moitié de la somme algébrique des valeurs maximum et minimum d'une variable
3.10
étendue
différence algébrique entre les valeurs maximum et minimum d'une variable
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3.11
amplitude
moitié de l'étendue d'une variable
3.12
durée de vie en fatigue
nombre de cycles qui doivent être appliqués pour atteindre une rupture

Note 1 à l'article: Des critères de défaillance sont définis, par exemple, en 7.8. Le critère de rupture utilisé doit

être consigné avec les résultats et être cohérent sur toute une série d'essais de fatigue.

3.13
boucle d'hystérésis
courbe fermée de la réponse contrainte-déformation pendant un cycle

Note 1 à l'article: Il est assez fréquent que les premières boucles d'hystérésis d'une séquence d'essais puissent

ne pas être totalement “fermées” en raison d'un adoucissement cyclique, d'un durcissement cyclique, d'une

relaxation de contrainte cyclique, d'une “accommodation” de contrainte ou d'un rochet.

4 Symboles

Pour les besoins du présent document, les symboles définis de 4.1 à 4.3 s’appliquent.

4.1 Éprouvettes
Voir le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et désignations concernant les éprouvettes
Éprouvette Symbole Désignation Unité
L Longueur initiale ou longueur entre mm
repères
L Longueur instantanée entre repères mm
A Aire initiale de la section calibrée mm
A Aire instantanée de la section calibrée mm
avec AL = A L
0 0
A Aire minimale à la rupture mm
Congé de raccordement (à partir de la
r longueur parallèle dans l'extrémité de mm
tête d'amarrage de l'éprouvette)
L Longueur totale de l'éprouvette mm
Cylindrique
d Diamètre de la section calibrée cylindrique mm
D Diamètre de la tête d'amarrage de l'éprou- mm
vette
Feuille plane
t Épaisseur mm
W Largeur de la tête d'amarrage mm
w Largeur de la section calibrée mm
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4.2 Essai de fatigue
4.2.1 Symboles
Tableau 2 — Symboles et désignations des variables et propriétés
Symbole Définition Unités
E Module d'élasticité Gigapascals (GPa)
valeur moyenne de la pente de la
partie linéaire initiale d'une courbe
contrainte-déformation
E module de déchargement après une Gigapascals (GPa)
contrainte maximale (voir Figure 1),
E module de déchargement après une Gigapascals (GPa)
contrainte minimale (voir Figure 1)
N nombre de cycles avant rupture
t temps avant rupture; t = T·N , où T Secondes (s)
f f f
est la période du signal (durée de la
longueur d'onde)
σ contrainte vraie Mégapascals (MPa)
S contrainte conventionnelle Mégapascals (MPa)
e déformation conventionnelle
vitesse de déformation Secondes à la puissance moins
un (s )
où t = temps
ε déformation vraie
Δ étendue d'une variable
R rugosité moyenne de surface Micromètres (µm)
R Rapport de déformation = (e /
e min
e )
max
Figure 1 — Boucle d'hystérésis contrainte-déformation à R = −1
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NOTE La déformation plastique à partir d'une boucle d'hystérésis stabilisée contrainte-déformation

est définie comme étant de la déformation non réversible à la contrainte moyenne définie par (S + S )/2

max min

pour caractériser la réponse en contrainte, en régime établi, dans le cadre d'un essai de déformation contrôlée.

Souvent, il s'agit de la largeur de la boucle d'hystérésis à contrainte nulle, mais cela peut ne pas être le cas dans

certains métaux.
4.2.2 Indices
Tableau 3 — Indices et signification
Indice Signification
t total
p plastique
e élastique
a amplitude
m moyenne
min minimum
max maximum
4.3 Expression des résultats
Voir le Tableau 4.

Tableau 4 — Symboles et désignations concernant l'expression des propriétés de fatigue pour

les essais avec R = −1
Symbole Désignation Unité
σ Limite d'élasticité cyclique MPa
n Exposant d'écrouissage monotone —
n′ Exposant d'écrouissage cyclique —
K Coefficient de résistance monotone MPa
K′ Coefficient de résistance cyclique MPa
σ Coefficient de résistance à la fatigue MPa
b Exposant de résistance en fatigue —
ε Coefficient de ductilité en fatigue —
c Exposant de ductilité en fatigue —
Un décalage de 0,2 % est en général utilisé.
5 Appareillage
5.1 Machine d'essai
5.1.1 Généralités

Les essais doivent être réalisés sur une machine de traction-compression uniaxiale conçue pour

démarrer sans à-coup et sans jeu mécanique lors du passage à zéro de la contrainte. La machine

doit pouvoir contrôler la déformation et mesurer la force lors de l'application de la forme d'onde

recommandée. Il convient qu'elle soit axialement rigide et bien alignée. Il convient que l'ensemble

machine-système de chargement, y compris le capteur de force et les têtes d'amarrage, présente une

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ISO 12106:2017(F)

rigidité latérale suffisante pour éviter le flambage de l'éprouvette aux valeurs extrêmes de la contrainte

de compression.

NOTE Voir l'ISO 23788:2012, Annexe C pour une méthode de détermination de la rigidité latérale d'une

machine d'essai.
5.1.2 Capteur de force

Le capteur de force doit être conçu pour les essais de fatigue en traction-compression, et il convient qu'il

présente une importante rigidité axiale et latérale. Sa capacité doit être adaptée aux forces appliquées

pendant l'essai. Le capteur de force doit satisfaire à l'ISO 7500-1:2015, Classe 1.

La force indiquée telle qu'elle est enregistrée à la sortie d'un ordinateur dans un système automatisé

ou du dispositif d'enregistrement d'un système non automatisé doit être dans les limites de la variation

admise spécifiée par rapport à la force réelle. La capacité du capteur de force doit être suffisante pour

couvrir l’étendue de forces dynamiques mesurées pendant un essai. Le système de mesure de la force

doit satisfaire à l'ISO 7500-1:2015, Classe 1.

Le capteur de force doit être stabilisé en température avec un coefficient de température à zéro, et

l'étendue ne doit pas dépasser 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius. De plus, il convient d'éviter

les gradients de température dans le capteur de force.

Lors d’essais à haute température ou cryogéniques, un blindage/une compensation adapté(e) peut être

prévu(e) pour la cellule, de manière à la maintenir dans les limites de son étendue de compensation.

5.1.3 Amarrage de l'éprouvette

Le système d’amarrage doit transmettre les forces cycliques à l'éprouvette sans jeu mécanique le long

de son axe longitudinal. Il convient de réduire le plus possible la longueur totale de l’axe de chargement

afin d'éviter toute tendance au flambage de l'éprouvette. Les qualités géométriques du dispositif

doivent permettre un alignement correct afin de satisfaire aux exigences spécifiées en 5.1.4. Il est donc

nécessaire de limiter le nombre de composants dont ces systèmes d’amarrage sont constitués et de

réduire au minimum le nombre d'interfaces mécaniques.

Le système d’amarrage doit assurer le caractère reproductible de la manière dont l'éprouvette est

montée. Ses caractéristiques géométriques doivent assurer le bon alignement de l'éprouvette et avoir

des
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.