ISO 7539-6:2011

Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of precracked specimens for tests under constant load or constant displacement

ISO 7539-6:2011 covers procedures for designing, preparing and using precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. It gives recommendations for the design, preparation and use of precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. The term "metal" as used in ISO 7539-6:2011 includes alloys. Because of the need to confine plasticity at the crack tip, precracked specimens are not suitable for the evaluation of thin products, such as sheet or wire, and are generally used for thicker products including plate bar and forgings. They can also be used for parts joined by welding. Precracked specimens can be loaded with equipment for application of a constant load or can incorporate a device to produce a constant displacement at the loading points. Tests conducted under increasing displacement or increasing load are dealt with in ISO 7539-9. A particular advantage of precracked specimens is that they allow data to be acquired from which critical defect sizes, above which stress corrosion cracking can occur, can be estimated for components of known geometry subjected to known stresses. They also enable rates of stress corrosion crack propagation to be determined. The latter data can be taken into account when monitoring parts containing defects during service.

Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour essais sous charge constante ou sous déplacement constant

L'ISO 7539-6:2011 couvre les procédures de conception, de préparation et d'utilisation d'éprouvettes préfissurées servant à évaluer la sensibilité d'un métal à la corrosion sous contrainte. Elle donne des recommandations pour la conception, la préparation et l'utilisation d'éprouvettes préfissurées pour évaluer la sensibilité à la corrosion sous contrainte. Pour les besoins de l'ISO 7539-6:2011, le terme «métal» inclut également les alliages. Comme il est nécessaire de confiner la déformation plastique en fond de fissure, les éprouvettes préfissurées ne se prêtent pas à l'évaluation des produits minces tels que les tôles minces et les fils, et sont généralement utilisées pour des produits plus épais tels que les tôles fortes, les barres et les pièces forgées. Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces assemblées par soudage. Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une contrainte à l'aide d'appareils exerçant une charge constante ou comprenant un dispositif qui engendre un déplacement constant des points d'application de la charge. Les essais sous déplacement croissant ou sous charge croissante sont traités dans l'ISO 7539‑9. Les éprouvettes préfissurées présentent l'avantage de permettre l'acquisition de données dont on peut déduire les tailles critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire au niveau de pièces de géométrie connue soumises à des efforts connus. Ces éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte. Ces dernières données peuvent être prises en compte dans le cadre de la surveillance, en service, de pièces comportant des défauts.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 09-Oct-2011
• Withdrawal Date: 09-Oct-2011
• ICS: 77.060 - Corrosion of metals
• Technical Committee: ISO/TC 156 - Corrosion of metals and alloys
• Drafting Committee: ISO/TC 156/WG 2 - Environmentally assisted cracking
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 22-Aug-2018

Relations

• Revised: ISO 7539-6:2018 - Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of precracked specimens for tests under constant load or constant displacement
• Effective Date: 15-Jul-2017
• Consolidates: ISO 12231:2005 - Photography — Electronic still picture imaging — Vocabulary
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revises: ISO 7539-6:2003 - Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens for tests under constant load or constant displacement
• Effective Date: 06-Nov-2010

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7539-6
Third edition
2011-10-15

Corrosion of metals and alloys — Stress
corrosion testing —
Part 6:
Preparation and use of precracked
specimens for tests under constant load
or constant displacement
Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous
contrainte —
Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour
essais sous charge constante ou sous déplacement constant




Reference number
ISO 7539-6:2011(E)
©
ISO 2011

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ISO 7539-6:2011(E)

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Published in Switzerland

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ISO 7539-6:2011(E)
Contents Page
Foreword . iv
1  Scope . 1
2  Normative references . 1
3  Terms and definitions . 2
4  Principle . 4
5  Specimens . 5
5.1  General . 5
5.2  Specimen design . 6
5.3  Stress intensity factor considerations . 17
5.4  Specimen preparation . 22
5.5  Specimen identification . 23
6  Initiation and propagation of fatigue cracks . 23
7  Procedure . 25
7.1  General . 25
7.2  Environmental considerations . 25
7.3  Environmental chamber. 26
7.4  Environmental control and monitoring . 27
7.5  Determination of K by crack arrest . 28

ISCC
7.6  Determination of K by crack initiation . 31
ISCC
7.7 Measurement of crack velocity . 32
8  Test report . 33
Annex A (normative) Use of notched specimens for stress corrosion tests . 35
Annex B (normative) Determination of crack growth velocity . 38

© ISO 2011 – All rights reserved iii

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ISO 7539-6:2011(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 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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.
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.
ISO 7539-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 156, Corrosion of metals and alloys, in
collaboration with the National Physical Laboratory (United Kingdom).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 7539-6:2003), of which it constitutes a minor
revision.
ISO 7539 consists of the following parts, under the general title Corrosion of metals and alloys — Stress
corrosion testing:
 Part 1: General guidance on testing procedures
 Part 2: Preparation and use of bent-beam specimens
 Part 3: Preparation and use of U-bend specimens
 Part 4: Preparation and use of uniaxially loaded tension specimens
 Part 5: Preparation and use of C-ring specimens
 Part 6: Preparation and use of precracked specimens for tests under constant load or constant
displacement
 Part 7: Method fo slow strain rate testing
 Part 8: Preparation and use of specimens to evaluate weldments
 Part 9: Preparation and use of pre-cracked specimens for tests under rising load or rising displacement
The following parts are under preparation:
 Part 10: Testing of alloys using reverse U-bend test method
 Part 11: Guidelines for testing the resistance of metals and alloys to hydrogen embrittlement and
hydrogen assisted cracking

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7539-6:2011(E)

Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing —
Part 6:
Preparation and use of precracked specimens for tests under
constant load or constant displacement
1 Scope
1.1 This part of ISO 7539 covers procedures for designing, preparing and using precracked specimens for
investigating susceptibility to stress corrosion. It gives recommendations for the design, preparation and use
of precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. Recommendations concerning
notched specimens are given in Annex A.
The term “metal” as used in this part of ISO 7539 includes alloys.
1.2 Because of the need to confine plasticity at the crack tip, precracked specimens are not suitable for the
evaluation of thin products, such as sheet or wire, and are generally used for thicker products including plate
bar and forgings. They can also be used for parts joined by welding.
1.3 Precracked specimens can be loaded with equipment for application of a constant load or can
incorporate a device to produce a constant displacement at the loading points. Tests conducted under
increasing displacement or increasing load are dealt with in ISO 7539-9.
1.4 A particular advantage of precracked specimens is that they allow data to be acquired from which
critical defect sizes, above which stress corrosion cracking can occur, can be estimated for components of
known geometry subjected to known stresses. They also enable rates of stress corrosion crack propagation to
be determined. The latter data can be taken into account when monitoring parts containing defects during
service.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 7539-1, Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 1: General guidance on testing
procedures
ISO 11782-2:1998, Corrosion of metals and alloys — Corrosion fatigue testing — Part 2: Crack propagation
testing using precracked specimens
© ISO 2011 – All rights reserved 1

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ISO 7539-6:2011(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7539-1 and the following apply.
3.1
crack length
a
effective crack length measured from the crack tip to either the mouth of the notch or the loading point axis,
depending on the specimen geometry
3.2
specimen width
W
effective width of the specimen measured from the back face to either the face containing the notch or the
loading plane, depending on the specimen geometry
3.3
specimen thickness
B
side-to-side dimension of the specimen being tested
3.4
reduced thickness at side grooves
B
n
minimum side-to-side dimension between the notches in side-grooved specimens
3.5
specimen half-height
H
50 % of the specimen height measured parallel to the direction of load application for compact tension, double
cantilever beam and modified wedge-opening-loaded test pieces
3.6
load
P
load which, when applied to the specimen, is considered positive if its direction is such as to cause the crack
faces to move apart
3.7
deflection at loading point axis
V
LL
crack opening displacement produced at the loading line during the application of load to a constant
displacement specimen
3.8
deflection away from the loading line
V
0
crack opening displacement produced at a location remote from the loading plane, e.g. at knife edges located
at the notch mouth, during the application of load to a constant displacement specimen
3.9
modulus of elasticity
E
elastic modulus (i.e. stress/strain) in tension
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ISO 7539-6:2011(E)
3.10
stress intensity factor
K
I
function of applied load, crack length and specimen geometry having dimensions of stress  length which
uniquely define the elastic-stress field intensification at the tip of a crack subjected to opening mode
displacements (mode I)
NOTE It has been found that stress intensity factors, calculated assuming that specimens respond purely elastically,
correlate with the behaviour of real cracked bodies, provided that the size of the zone of plasticity at the crack tip is small
compared to the crack length and the length of the uncracked ligament. In this part of ISO 7539, mode I is assumed and
the subscript I is implied everywhere.
3.11
initial stress intensity factor
K
Ii
stress intensity applied at the commencement of the stress corrosion test
3.12
plane strain fracture toughness
K
Ic
critical value of K at which the first significant environmentally independent extension of the crack occurs

I
under the influence of rising stress intensity under conditions of high resistance to plastic deformation
3.13
provisional value of K
Ic
K
Q
K = K when the validity criteria for plane strain predominance are satisfied
Q Ic
3.14
threshold stress intensity factor for susceptibility to stress corrosion cracking
K
ISCC
stress intensity factor above which stress corrosion cracking will initiate and grow for the specified test
conditions under conditions of high resistance to plastic deformation, i.e. under plane strain predominant
conditions
3.15
provisional value of K
ISCC
K
QSCC
K = K when the validity criteria for plane strain predominance are satisfied
QSCC ISCC
3.16
maximum stress intensity factor
K in fatigue

max
highest algebraic value of the stress intensity factor in a cycle, corresponding to the maximum load
3.17
0,2 % proof stress
R
p0,2
stress which must be applied to produce a plastic strain of 0,2 % during a tensile test
3.18
applied stress

stress resulting from the application of load to the specimen
3.19
stress intensity factor coefficient
Y
factor derived from the stress analysis for a particular specimen geometry which relates the stress intensity
factor for a given crack length to the load and specimen dimensions
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ISO 7539-6:2011(E)
3.20
load ratio in fatigue loading
R
algebraic ratio of minimum to maximum load in a cycle:
PK
min min
R
PK
max max
3.21
crack velocity
instantaneous rate of stress corrosion crack propagation measured by a continuous crack monitoring
technique
3.22
average crack velocity
average rate of crack propagation calculated by dividing the change in crack length due to stress corrosion by
the test duration
3.23
specimen orientation
fracture plane of the specimen identified in terms of firstly the direction of stressing and secondly the direction
of crack growth expressed with respect to three reference axes identified by the letters X, Y and Z
NOTE
Z is coincident with the main working force used during manufacture of the material (short-transverse axis);
X is coincident with the direction of grain flow (longitudinal axis);
Y is normal to the X and Z axes.
4 Principle
4.1 The use of precracked specimens acknowledges the difficulty of ensuring that crack-like defects
introduced during either manufacture or subsequent service are totally absent from structures. Furthermore,
the presence of such defects can cause a susceptibility to stress corrosion cracking which in some materials
(e.g. titanium) may not be evident from tests under constant load on smooth specimens. The principles of
linear elastic fracture mechanics can be used to quantify the stress situation existing at the crack tip in a
precracked specimen or structure in terms of the plane strain-stress intensity.
4.2 The test involves subjecting a specimen in which a crack has been developed by fatigue from a
machined notch to either a constant load or displacement at the loading points during exposure to a
chemically aggressive environment. The objective is to quantify the conditions under which environmentally
assisted crack extension can occur in terms of the threshold stress intensity for stress corrosion cracking,
K , and the kinetics of crack propagation.
ISCC
4.3 The empirical data can be used for design or life prediction purposes, in order to ensure either that the
stresses within large structures are insufficient to promote the initiation of environmentally assisted cracking,
whatever pre-existing defects may be present, or that the amount of crack growth which would occur within
the design life or inspection periods can be tolerated without the risk of unstable failure.
4.4 Stress corrosion cracking is influenced by both mechanical and electrochemical driving forces. The
latter can vary with crack depth, opening or shape because of variations in crack-tip chemistry and electrode
potential and may not be uniquely described by the fracture-mechanics stress intensity factor.
4.5 The mechanical driving force includes both applied and residual stresses. The possible influence of the
latter shall be considered in both laboratory testing and the application to more complex geometries.
Gradients in residual stress in a specimen may result in non-uniform crack growth along the crack front.
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ISO 7539-6:2011(E)
5 Specimens
5.1 General
5.1.1 A wide range of standard specimen geometries of the type used in fracture toughness tests may be
applied. The particular type of specimen used will be dependent upon the form, the strength and the
susceptibility to stress corrosion cracking of the material to be tested and also on the objective of the test.
5.1.2 A basic requirement is that the dimensions be sufficient to maintain predominantly triaxial (plane
strain) conditions in which plastic deformation is limited to the vicinity of the crack tip. Experience with fracture
toughness testing has shown that, for a valid K measurement, both the crack length, a, and the thickness, B,
Ic
shall not be less than
2

K
Ic

2,5

R
p0,2

and that, where possible, larger specimens where both a and B are at least
2

K
Ic
4

R
p0,2

shall be used to ensure adequate constraint.
From the point of view of fracture mechanics, a minimum thickness from which an invariant value of K is
ISCC
obtained cannot be specified at this time. The presence of an aggressive environment during stress corrosion
may reduce the extent of plasticity associated with fracture and hence the specimen dimensions needed to
limit plastic deformation. However, in order to minimize the risk of inadequate constraint, it is recommended
that similar criteria to those used during fracture toughness testing also be used regarding specimen
dimensions, i.e. both a and B shall be not less than
2

K
I
2,5

R
p0,2

and preferably should be not less than
2

K
I
4

R
p0,2

where K is the stress intensity to be applied during testing.
I
The threshold stress intensity value eventually determined should be substituted for K in the first of these
I
expressions as a test for its validity.
5.1.3 If the specimens are to be used for the determination of K , the initial specimen size should be
ISCC
based on an estimate of the K of the material (in the first instance, it is better to over-estimate the K

ISCC ISCC
value and therefore use a larger specimen than may eventually be found necessary). Where the service
application involves the use of material of insufficient thickness to satisfy the conditions for validity, it is
permissible to test specimens of similar thickness, provided that it is clearly stated that the threshold intensity
value obtained, K , is of relevance only to that specific application. Where determining stress corrosion
QSCC
crack growth behaviour as a function of stress intensity is required, the specimen size shall be based on an
estimate of the highest stress intensity at which crack growth rates are to be measured.
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ISO 7539-6:2011(E)
5.1.4 Two basic types of specimen can be used:
a) those intended for testing under constant displacement, which are invariably self-loaded by means of
built-in loading bolts;
b) those intended for testing under constant load, for which an external means of load application is required.
5.1.5 Constant displacement specimens, being self-loaded, have the advantage of economy in use since no
external stressing equipment is required. Their compact dimensions also facilitate exposure to operating
service environments. They can be used for the determination of K by the initiation of stress corrosion
ISCC
cracks from the fatigue precrack, in which case a series of specimens must be used to pinpoint the threshold
value, or by the arrest of a propagating crack since, under constant displacement testing conditions, the stress
intensity decreases progressively as crack propagation occurs. In this case, a single specimen will suffice in
principle, but, in practice, the use of several specimens (not less than three) is often recommended, taking into
account the disadvantages described in 5.1.6.
5.1.6 The disadvantages of constant displacement specimens are as follows:
a) applied loads can only be measured indirectly by displacement changes;
b) oxide formation or corrosion products can either wedge open the crack surfaces, thus changing the
applied displacement and load, or can block the crack mouth, thus preventing the ingress of corrodent
and impairing the accuracy of crack length measurements by electrical resistance methods;
c) crack branching, blunting or growth out of plane can invalidate crack arrest data;
d) crack arrest must be defined by crack growth below some arbitrary rate which can be difficult to measure
accurately;
e) elastic relaxation of the loading system during crack growth can cause increased displacement and
higher loads than expected;
f) plastic relaxation due to time-dependent processes within the specimen can cause lower loads than
expected;
g) it is sometimes impossible to introduce the test environment prior to application of the load, which can
retard crack initiation during subsequent testing.
5.1.7 Constant load specimens have the advantage that stress parameters can be quantified with
confidence. Since crack growth results in increasing crack opening, there is less likelihood that oxide films will
either block the crack or wedge it open. Crack length measurements can be readily made via a number of
continuous monitoring methods. A wide choice of constant load specimen geometries is available to suit the
form of the test material, the experimental facilities available and the objectives of the test. This means that
crack growth can be studied under either bend or tension loading conditions. The specimens can be used for
either the determination of K by the initiation of a stress corrosion crack from a pre-existing fatigue crack
ISCC
using a series of specimens, or for measurements of crack growth rates. Constant load specimens can be
loaded during exposure to the test environment in order to avoid the risk of unnecessary incubation periods.
5.1.8 The principal disadvantage of constant load specimens is the expense and bulk associated with the
need for an external loading system. Bend specimens can be tested in relatively simple cantilever beam
equipment, but specimens subjected to tension loading require constant load creep rupture or similar testing
machines. In this case, the expense can be minimized by testing chains of specimens connected by loading
links which are designed to prevent unloading on the failure of specimens. The size of these loading systems
means that it is difficult to test constant load specimens under operating conditions, but they can be tested in
environments bled off from operating systems.
5.2 Specimen design
5.2.1 Figure 1 shows some of the precracked specimen geometries which are used for stress corrosion
testing.
6 © ISO 2011 – All rights reserved

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ISO 7539-6:2011(E)

NOTE Stress intensity factor coefficients for the specimens shown above are available in the published literature.
Figure 1 — Precracked specimen geometries for stress corrosion testing
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ISO 7539-6:2011(E)
5.2.2 Constant load specimens can be of two distinct types:
a) those in which the stress intensity increases with increasing crack length;
b) those in which the stress intensity is effectively independent of crack length.
Type a) is suitable for K determinations and studies of crack propagation rates as a function of K , while
ISCC I
type b) is useful for fundamental studies of stress corrosion mechanisms.
5.2.3 Increasing-K constant load specimens can be subjected to either tension or bend loading. Depending
on the design, tension loaded specimens can experience stresses at the crack tip which are predominantly
tensile (as in remote tension types such as the centre-cracked plate) or contain a significant bend component
(as in crackline loaded types such as compact tension specimens). The presence of significant bending stress
at the crack tip can adversely affect the crack path stability during stress corrosion testing and can facilitate
crack branching in certain materials. Bend specimens can be loaded in 3-point, 4-point or cantilever bend
fixtures.
5.2.4 Constant-K constant load specimens can be subjected to either torsion loading as in the case of the
double-torsion single edge cracked plate specimen, or tension loading as in the case of contoured double-
cantilever-beam specimens. Although loaded in tension, the design of the latter specimens produces crackline
bending with an associated tendency for crack growth out of plane, which can be curbed by the use of side
grooves.
5.2.5 Constant displacement specimens are usually self-loaded by means of a loading bolt in one arm
which impinges on either an anvil or a second loading bolt in the opposite arm. Two types are available:
 a) dominated, such as the modified wedge-opening-loaded (modified WOL)
a) those which are (W
specimen in which the proximity of the back face to the crack tip influences the crack tip stress field;
b) those which are (W  a) indifferent, such as the double-cantilever-beam (DCB) specimen in which the
back face is sufficiently remote from the crack tip to ensure that its position has a negligible effect on the
crack tip stress field.
5.2.6 A number of the specimen geometries described above have specific advantages which have caused
them to be frequently used for stress corrosion testing. These include the following:
a) cantilever bend specimens, which are easy to machine and inexpensive to test under constant load;
b) compact tension (CTS) specimens, which minimize the material requirement for constant load testing;
c) self-loaded double-cantilever-beam (DCB) specimens, which are easy to test under constant
displacement in service situations;
d) modified wedge-opening-loaded (modified WOL) specimens, which are also self-loaded and minimize the
material requirement for constant displacement testing;
e) C-shaped specimens, which can be machined from thick-walled cylinders in order to study the radial
propagation of longitudinally oriented cracks under constant load.
Details of standard specimen designs for each of these types of specimen are given in Figures 2 to 6.
5.2.7 If required, for example if fatigue crack initiation and/or propagation is difficult to control satisfactorily,
a chevron notch configuration as shown in Figure 7 may be used. If required, its included angle may be
increased from 90° to 120°.
5.2.8 Where it is necessary to measure crack opening displacements, as during the application of deflection
to constant displacement specimens, knife edges for the location of displacement gauges can be machined
into the mouth of the notch, as shown in Figure 8 a). Alternatively, separate knife edges can either be screwed
or glued onto the specimen at opposite sides of the notch, as shown in Figure 8 b). Details of a suitable
tapered beam displacement gauge are given in Figure 9.
8 © ISO 2011 – All rights reserved

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ISO 7539-6:2011(E)
Dimensions in millimetres,
surface roughness values in micrometres

Width = W
Thickness, B = 0,5W
Notch width, N = 0,065W maximum (if W  25 mm) or 1,5 mm maximum (if W  25 mm)
Effective notch length, l = 0,25W to 0,45W
Effective crack length, a = 0,45W to 0,55W
Figure 2 — Proportional dimensions and tolerances for cantilever bend test pieces
© ISO 2011 – All rights reserved 9

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ISO 7539-6:2011(E)
Dimensions in millimetres,
surface roughness values in micrometres

Net width = W
Total width, C = 1,25W minimum
Thickness, B = 0,5W
Half-height, H = 0,6W
Hole diameter, D = 0,25W
Half-distance between hole outer edges, F = 1,6D
Notch width, N = 0,065W maximum
Effective notch length, l = 0,25W to 0,40W
Effective crack length, a = 0,45W to 0,55W
Figure 3 — Proportional dimensions and tolerances for compact tension test pieces
10 © ISO 2011 – All rights reserved

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ISO 7539-6:2011(E)
Dimensions in millimetres,
surface roughness values in micrometres

Key
1 screw tip radius 12,5 to 50
Half-height = H
Thickness, B = 2H
Net width, W = 10H minimum
Total width, C = W + d
Screw diameter, d = 0,75H minimum
Notch width, N = 0,14H maximum
Effective notch length, l = 2H
NOTES
1 “A” surfaces should be perpendicular and parallel, as applicable, to within 0,002H TIR.
2 At each side point, “B” should be equidistant from the top and bottom surface to within 0,001H.
3 The bolt centreline should be normal to the specimen centreline to within 1°.
4 The bolt material should be similar to that of the specimen, fine-threaded with a square or Allen-screw head.
Figure 4 — Proportional dimensions and tolerances for double-cantilever-beam test pieces
© ISO 2011 – All rights reserved 11

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ISO 7539-6:2011
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 7539-6
Troisième édition
2011-10-15

Corrosion des métaux et alliages —
Essais de corrosion sous contrainte —
Partie 6:
Préparation et utilisation des éprouvettes
préfissurées pour essais sous charge
constante ou sous déplacement constant
Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing —
Part 6: Preparation and use of precracked specimens for tests under
constant load or constant displacement




Numéro de référence
ISO 7539-6:2011(F)
©
ISO 2011

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ISO 7539-6:2011(F)

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ISO 7539-6:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
1  Domaine d'application . 1
2  Références normatives . 1
3  Termes et définitions . 2
4  Principe . 4
5  Éprouvettes . 5
5.1  Généralités . 5
5.2  Modèles d'éprouvette . 7
5.3  Considérations concernant le facteur d'intensité de contrainte . 18
5.4  Préparation des éprouvettes . 23
5.5  Identification des éprouvettes . 24
6  Amorçage et propagation de la fissure de fatigue . 24
7  Mode opératoire . 26
7.1  Généralités . 26
7.2  Considérations environnementales . 26
7.3  Enceinte environnementale . 28
7.4  Contrôle et surveillance du milieu . 29
7.5  Détermination du K par la méthode d'arrêt de la fissuration . 29
ISCC
7.6  Détermination de K par amorçage de la fissure . 32
ISCC
7.7  Mesurage de la vitesse de fissuration . 33
8  Rapport d'essai . 34
Annexe A (normative) Utilisation d'éprouvettes entaillées pour essais de corrosion sous
contrainte . 36
Annexe B (normative) Détermination de la vitesse de propagation de la fissuration . 39

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ISO 7539-6:2011(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 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 7539-6 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages, en
collaboration avec le National Physical Laboratory (Royaume-Uni).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 7539-6:2003), dont elle constitue une
révision mineure.
L'ISO 7539 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Corrosion des métaux et
alliages — Essais de corrosion sous contrainte:
 Partie 1: Guide général des méthodes d'essai
 Partie 2: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en flexion
 Partie 3: Préparation et utilisation des éprouvettes cintrées en U
 Partie 4: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en traction uniaxiale
 Partie 5: Préparation et utilisation des éprouvettes en forme d'anneau en C
 Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour essais sous charge constante ou
sous déplacement constant
 Partie 7: Méthode d'essai à faible vitesse de déformation
 Partie 8: Préparation et utilisation des éprouvettes pour évaluer les assemblages soudés
 Partie 9: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour essais sous charge croissante ou
sous déplacement croissant
Les parties suivantes sont en cours d'élaboration:
 Partie 10: Méthode par pliage en U inverse
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 Partie 11: Lignes directrices pour les essais de résistance des métaux et alliages à la fragilisation par
l'hydrogène et la fissuration assistée sous hydrogène

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NORME INTERNATIONALE ISO 7539-6:2011(F)

Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous
contrainte —
Partie 6:
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour
essais sous charge constante ou sous déplacement constant
1 Domaine d'application
1.1 La présente partie de I'ISO 7539 couvre les procédures de conception, de préparation et d'utilisation
d'éprouvettes préfissurées servant à évaluer la sensibilité d'un métal à la corrosion sous contrainte. Elle
donne des recommandations pour la conception, la préparation et l'utilisation d'éprouvettes préfissurées pour
évaluer la sensibilité à la corrosion sous contrainte. Des recommandations relatives aux éprouvettes
entaillées sont données dans l'Annexe A.
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 7539, le terme «métal» inclut également les alliages.
1.2 Comme il est nécessaire de confiner la déformation plastique en fond de fissure, les éprouvettes
préfissurées ne se prêtent pas à l'évaluation des produits minces tels que les tôles minces et les fils, et sont
généralement utilisées pour des produits plus épais tels que les tôles fortes, les barres et les pièces forgées.
Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces assemblées par soudage.
1.3 Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une contrainte à l'aide d'appareils exerçant une
charge constante ou comprenant un dispositif qui engendre un déplacement constant des points d'application
de la charge. Les essais sous déplacement croissant ou sous charge croissante sont traités
dans l'ISO 7539-9.
1.4 Les éprouvettes préfissurées présentent l'avantage de permettre l'acquisition de données dont on peut
déduire les tailles critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par corrosion sous contrainte peut se
produire au niveau de pièces de géométrie connue soumises à des efforts connus. Ces éprouvettes
permettent également de déterminer la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte. Ces
dernières données peuvent être prises en compte dans le cadre de la surveillance, en service, de pièces
comportant des défauts.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 7539-1, Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 1: Guide
général des méthodes d'essai
ISO 11782-2:1998, Corrosion des métaux et alliages — Essais de fatigue-corrosion — Partie 2: Essais
d'amorce de rupture sur des éprouvettes préfissurées
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ISO 7539-6:2011(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7539-1 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
longueur de fissure
a
longueur réelle de la fissure mesurée entre sa pointe et, selon la géométrie de l'éprouvette, soit les lèvres de
l'entaille, soit l'axe du point de chargement
3.2
largeur de l'éprouvette
W
largeur réelle de l'éprouvette mesurée entre sa face arrière et, selon la géométrie de l'éprouvette, soit la face
entaillée, soit le plan de chargement
3.3
épaisseur de l'éprouvette
B
dimension entre faces de l'éprouvette soumise à essai
3.4
épaisseur réduite aux rainures latérales
B
n
dimension minimale de face à face entre les entailles d'une éprouvette à rainures latérales
3.5
demi-hauteur de l'éprouvette
H
50 % de la hauteur de l'éprouvette, mesurée parallèlement à la direction d'application de la charge sur les
éprouvettes compactes, de type double poutre et de type à ouverture latérale modifié
3.6
charge appliquée
P
force appliquée à l'éprouvette et qui est considérée positive lorsque sa direction est telle qu'elle provoque un
écartement des lèvres de la fissure
3.7
flèche au niveau de l'axe du point d'application de la charge
V
LL
déplacement d'ouverture de la fissure produit selon l'axe de chargement lors de l'application d'une charge sur
une éprouvette soumise à un déplacement constant
3.8
flèche par rapport à la ligne de chargement
V
0
déplacement d'ouverture de la fissure produit à un emplacement distant du plan de charge, par exemple aux
biseaux situés à l'orifice de l'entaille, lors de l'application d'une charge à une éprouvette soumise à un
déplacement constant
3.9
module d'élasticité
E
module d'élasticité (à savoir rapport de la contrainte à la déformation) en tension
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ISO 7539-6:2011(F)
3.10
facteur d'intensité de contrainte en régime de déformation plane
K
I
fonction de la charge appliquée, de la longueur de la fissure et de la géométrie de l'éprouvette, ayant les
dimensions d'une contrainte  longueur qui définit de façon univoque l'intensification du champ de
contrainte élastique à la pointe d'une fissure soumise à des déplacements associés aux modes d'ouverture en
jeu (mode I)
NOTE Il a été montré que les facteurs d'intensité de contrainte, calculés en supposant que les éprouvettes offrent
une réponse purement élastique, sont en corrélation avec le comportement de pièces réellement fissurées, pour autant
que la zone plastifiée en fond de fissure soit de dimension réduite comparée à la longueur de fissure et à la longueur du
ligament non fissuré. Dans la présente partie de l'ISO 7539, le mode I est supposé et l'indice I est partout implicite.
3.11
facteur d'intensité de contrainte initial
K
Ii
facteur d'intensité de contrainte appliqué au début de l'essai de corrosion sous contrainte
3.12
ténacité à la rupture en régime de déformation plane
K
Ic
valeur critique de K pour laquelle survient la première propagation significative de la fissure indépendamment

I
de l'environnement, sous l'effet d'une intensité de contrainte croissante en régime de forte résistance à la
déformation plastique
3.13
valeur provisoire de K
Ic
K
Q
K = K si les critères de validité de prédominance du régime de déformation plane sont satisfaits
Q Ic
3.14
facteur d'intensité de contrainte limite pour la sensibilité à la propagation de fissures de corrosion
sous contrainte
K
ISCC
facteur d'intensité de contrainte au-delà duquel la propagation des fissures de corrosion sous contrainte se
manifeste et s'étend dans les conditions d'essai spécifiées correspondant à une forte résistance à la
déformation plastique, c'est-à-dire dans des conditions prédominantes de déformation plane
3.15
valeur provisoire de K

ISCC
K
QSCC
K = si les critères de validité de prédominance du régime de déformation plane sont satisfaits
QSCC KISCC
3.16
facteur d'intensité de contrainte de fatigue maximal
K de fatigue

max
valeur algébrique la plus élevée du facteur d'intensité de contrainte au cours d'un cycle correspondant à la
charge maximale
3.17
limite conventionnelle d'élasticité à 0,2 %
R
p0,2
contrainte devant être appliquée pour produire une déformation plastique de 0,2 % lors d'un essai de traction
3.18
contrainte appliquée

contrainte résultant de l'application d'une force à l'éprouvette
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3.19
coefficient de facteur d'intensité de contrainte
Y
facteur déduit de l'analyse de contrainte pour une géométrie d'éprouvette particulière, qui associe le facteur
d'intensité de contrainte pour une longueur de fissure donnée à la charge et aux dimensions de l'éprouvette
3.20
quotient d'amplitude des forces appliquées dans le cycle de fatigue
R
rapport algébrique de la force minimale à la force maximale lors d'un cycle de fatigue
PK
min min
R
PK
max max
3.21
vitesse de propagation de la fissure
vitesse instantanée de propagation d'une fissure mesurée par une technique de suivi en continu
3.22
vitesse moyenne de propagation d'une fissure
vitesse moyenne de propagation d'une fissure calculée en divisant la longueur de fissure imputable à la
corrosion sous contrainte par la durée de l'essai
3.23
orientation de l'éprouvette
plan de rupture de l'éprouvette identifié tout d'abord en référence au sens d'application de la contrainte, puis
par référence au sens de propagation de la fissure exprimé par rapport aux trois axes de référence X, Y et Z
NOTE
Z coïncide avec l'effort principal exercé pendant la fabrication du matériau (axe travers court);
X coïncide avec le sens du fibrage (axe longitudinal);
Y est perpendiculaire aux axes X et Z.
4 Principe
4.1 L'utilisation d'éprouvettes préfissurées répond à la difficulté de garantir l'absence totale, dans des
structures, de défauts assimilables à des fissures introduits soit en cours de fabrication, soit en service. De
plus, la présence de tels défauts peut conduire à une susceptibilité à la fissuration par corrosion sous
contrainte qui, dans certains matériaux (par exemple le titane), pourrait ne pas être révélée par des essais à
charge constante sur éprouvette lisse. Les principes de la mécanique de la rupture en régime élastique
linéaire permettent de quantifier la contrainte existante en fond de fissure sur une éprouvette ou une structure
préfissurée en termes d'intensité de contrainte en régime de déformation plane.
4.2 L'essai consiste à soumettre une éprouvette dans laquelle on a créé une fissure par fatigue à partir
d'une entaille usinée, et par ailleurs soumise à un environnement chimiquement agressif, à une charge
constante ou à un déplacement constant des points d'application de la charge. L'objectif est de quantifier les
conditions dans lesquelles la fissuration peut être favorisée par le milieu environnant en définissant le seuil
d'intensité de contrainte pour la fissuration par corrosion sous contrainte, K , et la cinétique de propagation
ISCC
des fissures.
4.3 Les données empiriques peuvent servir lors de la conception ou des prévisions de durée de vie, car
elles permettent d'assurer soit que les contraintes agissant sur des structures importantes ne suffisent pas à
favoriser la fissuration en environnement donné quels que soient les défauts préexistants, soit que
l'importance de la vitesse de propagation qui se produirait pendant la durée de vie calculée ou entre des
contrôles peut être tolérée sans risque de rupture instable.
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4.4 La fissuration due à la corrosion sous contrainte est affectée à la fois par des facteurs mécaniques et
par des facteurs électrochimiques. Ces derniers peuvent varier en fonction de la profondeur, de l'ouverture ou
de la forme de la fissure, en raison de variations de la chimie et du potentiel d'électrode en fond de fissure, et
ils ne peuvent pas être décrits exclusivement au moyen du facteur d'intensité de contrainte intervenant dans
la mécanique de la rupture.
4.5 La composante mécanique comporte à la fois des contraintes appliquées et des contraintes résiduelles.
Il faut tenir compte de l'influence possible de ces dernières tant dans les essais de laboratoire que dans leur
application à des géométries plus complexes. Des gradients de contrainte résiduelle dans une éprouvette
peuvent entraîner une vitesse de fissuration non uniforme le long du front de fissure.
5 Éprouvettes
5.1 Généralités
5.1.1 On peut utiliser des éprouvettes de géométries fort différentes, du type de celles qu'on emploie pour
les essais de ténacité à rupture. Le type d'éprouvette choisi sera fonction de la forme, de la résistance et de la
sensibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte du matériau à soumettre à essai ainsi que de l'objectif
de l'essai.
5.1.2 Une exigence de base est que les dimensions de l'éprouvette soient suffisantes pour maintenir des
conditions de triaxialité des contraintes (régime de déformation plane), qui confinent la déformation plastique
au voisinage de la pointe de fissure. L'expérience des essais de ténacité à rupture montre que, pour obtenir
un mesurage valable de K , la longueur de la fissure, a, et l'épaisseur, B, ne doivent pas être inférieures à
Ic
2

K
Ic
2,5

R
p0,2

et que, si possible, des éprouvettes de dimensions plus importantes où a et B ne sont pas inférieures à
2

K
Ic
4

R
p0,2

doivent être utilisées pour garantir un état de confinement de contrainte adéquat.
Du point de vue de la mécanique de la rupture, on ne peut spécifier pour l'heure d'épaisseur minimale
permettant d'obtenir une valeur invariante de K . Un environnement agressif pendant les essais de
ISCC
corrosion sous contrainte peut réduire l'ampleur de la plasticité associée à la rupture et donc les dimensions
requises pour l'éprouvette assurant la limitation de la déformation plastique. Toutefois, afin de réduire au
minimum le risque de régime mécanique inadéquat, il est recommandé, en ce qui concerne les dimensions
des éprouvettes, de retenir des critères équivalents à ceux utilisés lors des essais de ténacité, c'est-à-dire que
a et B ne doivent pas être inférieurs à
2

K
I
2,5

R
p0,2

et il convient de préférence qu'il ne soient pas inférieurs à
2

K
I
4

R
p0,2

où K est la valeur de l'intensité de contrainte à appliquer pendant l'essai.
I
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Pour tester la validité de la première de ces expressions, il convient de remplacer K par la valeur déterminée
I
du facteur d'intensité de contrainte.
5.1.3 Si les éprouvettes doivent servir à déterminer K , il convient que la taille initiale de l'éprouvette
ISCC
résulte d'une estimation du K du matériau (il est préférable, dans un premier temps, de surestimer la
ISCC
valeur K et donc d'utiliser une éprouvette plus importante que celle à laquelle on finirait par aboutir). Si les

ISCC
conditions de service impliquent un matériau d'épaisseur insuffisante pour remplir les critères de validité, il est
permis d'utiliser des éprouvettes d'épaisseur similaire dès lors qu'on indique clairement que le facteur
d'intensité de contrainte limite obtenu, K , ne vaut que pour cette application spécifique. Pour déterminer
QSCC
les modalités de propagation des fissures de corrosion sous contrainte en fonction du facteur d'intensité de
contrainte, la taille de l'éprouvette doit résulter d'une estimation de l'intensité maximale de contrainte à
laquelle on doit mesurer les vitesses de propagation de fissure.
5.1.4 Deux types principaux d'éprouvettes peuvent être utilisés:
a) les éprouvettes pour essais sous déplacement constant, qui sont chargées à l'aide de boulons
incorporés;
b) les éprouvettes pour essais sous charge constante, qui nécessitent un dispositif extérieur de chargement.
5.1.5 Les éprouvettes soumises à un déplacement constant, autochargées, présentent l'avantage d'être
économiques étant donné qu'aucun équipement extérieur de mise en charge n'est requis. Leur forme
compacte facilite également une exposition à des environnements de service réel. Elles peuvent servir à
déterminer K soit par l'amorçage de fissures de corrosion sous contrainte à partir de préfissures de
ISCC
fatigue, auquel cas on doit utiliser une série d'éprouvettes pour repérer précisément la valeur limite, soit par
arrêt de la propagation d'une fissure étant donné que, dans des conditions d'essai à déplacement constant,
l'intensité de la contrainte décroît progressivement avec la propagation de la fissure. Une seule éprouvette
suffira en principe dans ce cas mais, dans la pratique, il est souvent recommandé d'en utiliser plusieurs (au
moins trois), pour tenir compte des inconvénients cités en 5.1.6.
5.1.6 Les inconvénients liés aux éprouvettes à déplacement constant sont les suivants:
a) les charges imposées ne peuvent être mesurées qu'indirectement par des variations du déplacement;
b) les produits d'oxydation ou de corrosion peuvent soit favoriser l'écartement des lèvres de la fissure par
effet de coin, modifiant ainsi le déplacement imposé et la charge correspondante, soit obstruer
l'embouchure de la fissure empêchant ainsi la pénétration de l'agent corrosif, et nuisant à la précision des
mesures de longueur de fissure par des méthodes de résistance électrique;
c) des phénomènes de ramification, d'émoussage du fond de fissure ou de propagation hors du plan de
propagation peuvent invalider les résultats;
d) l'arrêt de la fissure doit être défini par une vitesse de propagation de la fissure inférieure à une valeur
arbitraire qu'il peut être difficile de mesurer avec précision;
e) la relaxation élastique du système de contrainte pendant la propagation de la fissure peut provoquer un
déplacement et des efforts supérieurs à ceux prévus;
f) la relaxation plastique dans l'éprouvette liée à des processus dépendant du temps peut aboutir à des
efforts inférieurs à ceux prévus;
g) il est parfois impossible de placer l'éprouvette dans son environnement d'essai avant application de la
contrainte, ce qui peut retarder l'amorçage de la fissuration lors de la poursuite de l'essai.
5.1.7 L'avantage des éprouvettes à charge constante est que les paramètres de contrainte peuvent être
quantifiés avec rigueur. Comme la propagation de la fissure entraîne une ouverture croissante de celle-ci, il
est moins probable que des couches d'oxyde obstruent la fissure ou exercent un effet de coin. On peut alors
effectuer directement les mesures de longueur de fissure en faisant appel à diverses méthodes de suivi en
continu. On dispose d'un vaste éventail d'éprouvettes à charge constante adaptée à la forme du matériau
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d'essai, aux installations disponibles et aux objectifs de l'essai. Cela signifie que la propagation des fissures
peut être étudiée dans des conditions soit de flexion, soit de traction. Les éprouvettes peuvent servir soit à
déterminer K par l'amorçage d'une fissure de corrosion sous contrainte à partir d'une fissure de fatigue
ISCC
préexistante, sur une série d'éprouvettes, soit à mesurer la vitesse de propagation des fissures. Les
éprouvettes à charge constante peuvent être mises sous charge pendant l'exposition dans l'environnement
d'essai, ce qui évite l'inconvénient d'inutiles périodes d'incubation.
5.1.8 L'inconvénient principal des éprouvettes à charge constante est le poids matériel et financier des
systèmes de mise en charge extérieurs requis. Les éprouvettes pour essais en flexion peuvent être soumises
à essai dans des systèmes à poutres encastrées relativement simples, mais les éprouvettes soumises à des
efforts de traction exigent des machines d'essai de rupture en fluage à charge constante ou des machines
semblables. Dans ce cas, on peut réduire la dépense en soumettant à essai des chaînes d'éprouvettes
reliées entre elles par des dispositifs de mise sous charge conçus pour prévenir tout déchargement en cas de
rupture d'éprouvette. La taille de ces systèmes de mise sous contrainte signifie qu'il est difficile de soumettre
à essai des éprouvettes à charge constante dans des conditions réelles, mais qu'on peut le faire dans des
milieux prélevés dans des systèmes en service.
5.2 Modèles d'éprouvette
5.2.1 La Figure 1 illustre certains types d'éprouvettes préfissurées qui servent aux essais de corrosion sous
contrainte.
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NOTE Les facteurs d'intensité de contrainte relatifs aux éprouvettes ci-dessus figurent dans la littérature ouverte.
Figure 1 — Géométrie d'éprouvettes préfissurées pour les essais de corrosion sous contrainte
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ISO 7539-6:2011(F)
5.2.2 On distingue deux types d'éprouvettes à charge constante:
a) les éprouvettes où l'intensité de la contrainte augmente avec la longueur de la fissure;
b) les éprouvettes où l'intensité de la contrainte et la longueur de la fissure sont indépendantes.
Les éprouvettes de type a) se prêtent à la détermination de K et à l'étude de la vitesse de propagation
ISCC
des fissures en fonction de K, tandis que celles de type b) conviennent à l'étude fondamentale des
I
mécanismes de corrosion sous contrainte.
5.2.3 Les éprouvettes à charge constante et K croissant peuvent être soumises à des efforts de traction ou
de flexion. Selon leur modèle, les éprouvettes soumises à un effort de traction peuvent subir des contraintes
en fond de fissure, qui sont en majorité des contraintes de traction (comme les tôles épaisses à fissure
centrale), ou comporter une composante de flexion significative (comme les éprouvettes compactes pour
essais en traction chargées au niveau du fond de fissure). La présence d'une contrainte de flexion
significative en fond de fissure peut être néfaste à la stabilité du parcours de propagation de la fissure
pendant les essais de corrosion sous contrainte et peut favoriser une ramification dans certains matériaux.
Les éprouvettes pour essais en flexion peuvent être chargées en trois points, quatre points ou en porte-à-faux.
5.2.4 Les éprouvettes à charge constante et K constant peuvent être sujettes à des efforts de torsion (par
exemple tôles à fissure unilatérale en double torsion) ou de traction (par exemple double poutre profilée,
encastrée). Malgré la charge en traction, la conception de ces éprouvettes engendre un infléchissement du
parcours de la fissure avec une tendance de la fissure à sortir du plan de propagation initial, ce qu'on évite
par la présence de rainures latérales.
5.2.5 Les éprouvettes à déplacement
...