ISO 6943:2017
(Main)Rubber, vulcanized — Determination of tension fatigue
Rubber, vulcanized — Determination of tension fatigue
ISO 6943:2017 specifies a method for the determination of the resistance of vulcanized rubbers to fatigue under repeated tensile deformations, the test piece size and frequency of cycling being such that there is little or no temperature rise. Under these conditions, failure results from the growth of a crack that ultimately severs the test piece. The method is restricted to repeated deformations in which the test piece is relaxed to zero strain for part of each cycle. Analogous fatigue processes can occur under repeated deformations which do not pass through zero strain and also, in certain rubbers, under static deformation, but this document does not apply to these conditions. The method is believed to be suitable for rubbers that have reasonably stable stress-strain properties, at least after a period of cycling, and that do not show undue stress softening or set, or highly viscous behaviour. Materials that do not meet these criteria might present considerable difficulties from the points of view of both experiment and interpretation. For example, for a rubber that develops a large amount of set during the fatigue test, the test strain will be ill-defined and the fatigue life is likely to differ markedly under constant maximum load and constant maximum extension conditions; how the results for such a rubber should be interpreted or compared with those for other rubbers, has not been established by basic work. As a general guide, a rubber for which the set determined in accordance with 9.5 and 10.2 exceeds 10 % is likely to fall into this category. For this reason, the method is not considered suitable for most thermoplastic elastomers. Similar considerations apply with regard to other changes in elasticity behaviour during testing. This fatigue test is distinct from the flexometer tests described in the various parts of ISO 4666, where fatigue breakdown occurs under the simultaneous action of stress and temperature. Advantages over the De Mattia flex cracking and cut growth test (see ISO 132) include the following: - the test yields quantitative results which do not depend on operator interpretation and which can be recorded automatically; - the initial deformation is clearly defined and can readily be varied to suit different applications. Great caution is necessary in attempting to relate standard test results to service performance since the comparative fatigue resistance of different vulcanizates can vary according to the test conditions used and to the basis by which the results are compared. Guidance on the selection of test conditions and on the interpretation of results is given in Annex A.
Caoutchouc vulcanisé — Détermination de la fatigue en traction
ISO 7243:2017 spécifie une méthode permettant de déterminer la résistance des caoutchoucs vulcanisés à la fatigue sous déformations en traction répétées, la taille de l'éprouvette et la fréquence des cycles étant telles qu'il y a peu ou pas d'augmentation de la température. Dans ces conditions, la rupture résulte de la propagation d'une craquelure qui finalement rompt l'éprouvette. La méthode est limitée à des déformations répétées dans lesquelles l'éprouvette est ramenée à la déformation zéro pendant une partie de chaque cycle. Des phénomènes de fatigue analogues peuvent se produire sous des déformations répétées qui ne passent pas par une déformation zéro et aussi, dans certains caoutchoucs, sous déformation statique, mais le présent document ne s'applique pas à ces conditions. La méthode est considérée comme appropriée pour les caoutchoucs qui ont des propriétés de contrainte-déformation raisonnablement stables, du moins après une certaine durée de fatigue, et ne présentent pas de rémanence ou de diminution exagérée de la contrainte, ou un comportement hautement visqueux. Les matériaux qui ne répondent pas à ces critères peuvent entraîner des difficultés considérables, tant du point de vue expérimental qu'interprétatif. Par exemple, pour un caoutchouc qui présente un taux de rémanence important pendant l'essai de fatigue, la déformation d'essai sera mal définie et la durée de vie de fatigue est susceptible de différer notablement sous charge maximale constante et sous allongement maximal constant; aucun travail de base ne permet d'interpréter les résultats obtenus avec un tel caoutchouc ou de les comparer avec ceux obtenus avec d'autres caoutchoucs. On peut considérer de façon générale qu'un caoutchouc pour lequel la rémanence, établie conformément à 9.5 et 10.2, dépasse 10 % est susceptible d'entrer dans cette catégorie. Pour cette raison, la méthode est considérée comme inappropriée pour la plupart des élastomères thermoplastiques. Des considérations similaires s'appliquent lorsqu'il s'agit d'autres changements du comportement élastique pendant l'essai. Une distinction est à faire entre cet essai de fatigue et les essais au flexomètre décrits dans les différentes parties de l'ISO 4666, où la dégradation par fatigue se produit sous l'action simultanée de la contrainte et de la température. Par rapport à l'essai de résistance au développement d'une craquelure de De Mattia (voir l'ISO 132), cet essai présente les avantages suivants: - les résultats quantitatifs qui ne dépendent pas de l'interprétation de l'opérateur et qui peuvent être enregistrés automatiquement; - la déformation initiale est nettement définie et peut être facilement modifiée pour convenir à différentes applications. Il est nécessaire d'être très prudent lorsqu'on tente de relier les résultats des essais normalisés aux performances en service, étant donné que la résistance à la fatigue comparative de différents vulcanisats peut varier selon les conditions d'essai utilisées et selon la base servant à comparer les résultats. Des indications sur le choix des conditions d'essai et sur l'interprétation des résultats sont données dans l'Annexe A.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6943
Fourth edition
2017-08
Rubber, vulcanized — Determination
of tension fatigue
Caoutchouc vulcanisé — Détermination de la fatigue en traction
Reference number
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ISO 2017
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Principle . 2
5 Apparatus . 2
6 Calibration . 3
7 Test piece . 3
7.1 Dimensions . 3
7.1.1 General. 3
7.1.2 Dumb-bell test piece . 3
7.1.3 Ring test piece . 5
7.2 Number of test pieces . 5
7.3 Storage and conditioning . 5
8 Test conditions . 6
8.1 Test strains . 6
8.2 Test frequency . 6
8.3 Test temperature . 6
8.4 Test atmosphere . 6
9 Procedure. 7
9.1 Marking of dumb-bell test pieces . 7
9.2 Measurement of test pieces . 7
9.2.1 Dumb-bell test pieces . 7
9.2.2 Ring test pieces. 7
9.3 Insertion of test pieces in the fatigue-testing machine . 7
9.3.1 Dumb-bell test pieces . 7
9.3.2 Ring test pieces. 8
9.4 Determination of fatigue life . 8
9.5 Measurement of set and maximum strain after cycling . 8
9.6 Measurement of maximum stress and maximum strain energy density . 9
10 Expression of results .10
10.1 Calculation of fatigue life .10
10.2 Calculation of set .10
10.3 Calculation of maximum strain .11
10.4 Calculation of maximum stress .11
10.5 Calculation of strain energy density .11
11 Test report .12
Annex A (informative) Explanatory notes .13
Annex B (normative) Calibration schedule .16
Bibliography .18
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 45, Rubber and rubber products,
Subcommittee SC 2, Testing and analysis.
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 6943:2011), of which it constitutes a
minor revision to update the normative references in Clause 2.
iv © ISO 2017 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 6943:2017(E)
Rubber, vulcanized — Determination of tension fatigue
WARNING 1 — Persons using this document should be familiar with normal laboratory practice.
This document does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its
use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices and to
ensure compliance with any national regulatory conditions.
WARNING 2 — Certain procedures specified in this document might involve the use or generation
of substances or the generation of waste, that could constitute a local environmental hazard.
Reference should be made to appropriate documentation on safe handling and disposal after use.
1 Scope
This document specifies a method for the determination of the resistance of vulcanized rubbers to
fatigue under repeated tensile deformations, the test piece size and frequency of cycling being such that
there is little or no temperature rise. Under these conditions, failure results from the growth of a crack
that ultimately severs the test piece.
The method is restricted to repeated deformations in which the test piece is relaxed to zero strain for
part of each cycle. Analogous fatigue processes can occur under repeated deformations which do not
pass through zero strain and also, in certain rubbers, under static deformation, but this document does
not apply to these conditions.
The method is believed to be suitable for rubbers that have reasonably stable stress-strain properties,
at least after a period of cycling, and that do not show undue stress softening or set, or highly viscous
behaviour. Materials that do not meet these criteria might present considerable difficulties from the
points of view of both experiment and interpretation. For example, for a rubber that develops a large
amount of set during the fatigue test, the test strain will be ill-defined and the fatigue life is likely to
differ markedly under constant maximum load and constant maximum extension conditions; how the
results for such a rubber should be interpreted or compared with those for other rubbers, has not been
established by basic work. As a general guide, a rubber for which the set determined in accordance
with 9.5 and 10.2 exceeds 10 % is likely to fall into this category. For this reason, the method is not
considered suitable for most thermoplastic elastomers.
Similar considerations apply with regard to other changes in elasticity behaviour during testing.
This fatigue test is distinct from the flexometer tests described in the various parts of ISO 4666, where
fatigue breakdown occurs under the simultaneous action of stress and temperature.
Advantages over the De Mattia flex cracking and cut growth test (see ISO 132) include the following:
— the test yields quantitative results which do not depend on operator interpretation and which can
be recorded automatically;
— the initial deformation is clearly defined and can readily be varied to suit different applications.
Great caution is necessary in attempting to relate standard test results to service performance since
the comparative fatigue resistance of different vulcanizates can vary according to the test conditions
used and to the basis by which the results are compared. Guidance on the selection of test conditions
and on the interpretation of results is given in Annex A.
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 18899:2013, Rubber — Guide to the calibration of test equipment
ISO 23529, Rubber — General procedures for preparing and conditioning test pieces for physical test methods
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
fatigue life
number of cycles required to break a test piece repeatedly deformed to a prescribed tensile strain
3.2
tension fatigue
fracture, through crack growth, of a component or test piece subjected to a repeated tensile deformation
4 Principle
Dumb-bell or ring test pieces are repeatedly deformed in simple extension until they fail by breaking.
The test pieces are relaxed to zero strain for part of each cycle. The number of deformation cycles to
failure, defined as the fatigue life, is determined as a function of the maximum strain and, if required, as
a function of the maximum stress or strain energy density imposed during the test.
5 Apparatus
5.1 Fatigue-testing machine
The fatigue-testing machine shall provide a reciprocating motion at a frequency which shall normally
be within the range 1 Hz to 5 Hz.
For testing dumb-bell test pieces, the machine shall be provided with clamps that grip the test piece
sufficiently firmly to prevent slippage, irrespective of the magnitude of the strain applied.
For testing ring test pieces, each station on the machine shall be provided with two pairs of rollers, one
pair fixed to the body of the machine and the other to the reciprocating part. To minimize friction, the
rollers shall be fabricated from stainless or chromium-plated steel, well-polished and fitted with free-
running ball races. The roller arrangement shall be such that the test pieces are held securely in place
over the rollers throughout the test.
The stroke of the machine and the position of the fixed clamps or rollers shall be adjustable to provide
a range of test strains. In all cases, the test piece shall be relaxed to zero strain for part of each cycle.
The fixed clamps or rollers should preferably be fitted with contacts or other means of operating
counters to register the number of cycles to failure of each test piece.
If it is required to determine the maximum stress of the cycle, manual or automatic means for
measurement of the load shall be provided. Stress-strain properties and strain energy density under
test conditions can be determined for rings if automatic equipment for force-extension measurement is
provided.
Alternatively, and for dumb-bell test pieces, stress-strain properties can be determined separately
using a conventional tensile-testing machine.
2 © ISO 2017 – All rights reserved
5.2 Dies and cutters
All dies and cutters used shall be made and maintained in accordance with ISO 23529.
Since fatigue life is sensitive to flaw size, it is essential that the dies or cutters used for the preparation
of test pieces be carefully maintained so that the cutting edges are sharp and free from nicks. Regular
control tests, using an established rubber, shall be made to check sharpness. Any oil shall be removed
from the cutter after sharpening.
5.3 Marker
If a marker is used for marking the reference lines on dumb-bell test pieces, it shall have two parallel
edges. These shall be ground smooth and true, 0,05 mm to 0,10 mm wide at the edge and bevelled at an
angle of not more than 15°.
The marking implement shall not damage the rubber surface.
5.4 Marking substance
The marking substance shall have no deleterious effect on rubber and shall be of contrasting colour.
5.5 Measuring instruments
The instrument for measuring the thickness of dumb-bell test pieces (and the axial thickness of ring
test pieces) shall be in accordance with ISO 23529, consisting essentially of a micrometer dial gauge
having a circular foot which does not extend beyond the surface of the rubber where the measurement
is being taken, and applying a pressure of (22 ± 5) kPa for a rubber with hardness equal to or higher
than 35 IRHD.
Vernier calipers, a travelling microscope or other suitable means shall be provided for the measurement
of other test piece dimensions. A graduated cone is recommended for the measurement of the internal
diameter and internal circumference of ring test pieces.
6 Calibration
The requirements for calibration of the test apparatus are given in Annex B.
7 Test piece
7.1 Dimensions
7.1.1 General
Standard test pieces shall be dumb-bells or rings having dimensions within the limits prescribed in
7.1.2 and 7.1.3. Any test piece showing irregularities or imperfections shall not be used.
7.1.2 Dumb-bell test piece
Dumb-bell test pieces and the dies with which they are cut out shall be as shown in Figure 1. The dies
shall have the dimensions given in Table 1. The reference length (the distance between the marked
reference lines) shall be 25 mm for the type 1 test piece and 20 mm for the type 1A and type 2 test
pieces. This length shall be equidistant from the ends of the central parallel-sided part of the test piece.
The tabs may have beaded ends for location purposes.
The thickness of dumb-bells shall be (1,5 ± 0,2) mm. In any one dumb-bell, the thickness of the narrow
part shall nowhere deviate by more than 2 % from the mean. If results from two sets of dumb-bells are
being compared, the mean thicknesses of the sets shall be within 10 % of one another.
Fatigue life depends on test piece thickness and it has been shown that, at a thickness of 1,5 mm, the life
is least sensitive to change in this dimension. If required, an alternative thickness of (2,0 ± 0,2) mm may
be used provided it is recorded in the test report, but it might lead to different results.
Dumb-bells shall be cut from sheet by punching with a die using a single stroke of a press. The rubber
shall be supported on a sheet of slightly yielding material (for example, cardboard or polyethylene) on
a flat rigid surface; the region of the supporting sheet beneath the die shall be free from cuts or other
imperfections. Care shall be taken to ensure that the rubber is isotropic and free from built-in stresses
(failure to meet either of these requirements can cause very marked variations in fatigue life); in cases
where there is any doubt, check stress-strain and fatigue tests shall be carried out using test pieces
cut in different directions or from different locations in a sheet. Any sheet showing such imperfections
shall be discarded unless anisotropy or “grain” effects are being investigated, when their extent and
direction shall be specified and recorded in the test report.
a) Test piece
b) Die
Key
1 reference lines
A to F see Table 1
Figure 1 — Shape of dumb-bell test pieces and die
4 © ISO 2017 – All rights reserved
Table 1 — Die dimensions for dumb-bell test pieces [see Figure 1 b)]
Dimensions in millimetres
Dimension Type 1 Type 1A Type 2
A Overall length, min. 115 100 75
B Width of ends 25 ± 1 25 ± 1 12,5 ± 1
C Length of narrow parallel-sided portion 33 ± 2 21 ± 1 25 ± 1
a
D Width of narrow parallel-sided portion 6,2 ± 0,2 5 ± 0,1 4 ± 0,1
E Small radius 14 ± 1 11 ± 1 8 ± 0,5
F Large radius 25 ± 2 25 ± 2 12,5 ± 1
a
The variation within any one die shall not exceed 0,05 mm.
NOTE The dies are identical to those specified for type 1, type 1A and type 2 dumb-bell test pieces in ISO 37
for the determination of tensile stress-strain properties.
7.1.3 Ring test piece
The standard ring test piece shall have a nominal internal diameter of 44,6 mm and an external
diameter of 52,6 mm, giving a nominal radial width of 4 mm; the radial width shall nowhere deviate
from the mean by more than 0,2 mm. The axial thickness shall be (1,5 ± 0,2) mm and on any one ring
the thickness shall deviate from the mean by no more than 2 %.
NOTE With respect to the internal and external diameters and the tolerance on radial width (but not the axial
thickness), the standard ring test piece is identical to the normal-size (type A) ring test piece specified in ISO 37.
Alternative axial thicknesses and radial widths may be used, provided that they are recorded in the
test report. These alternatives include an axial thickness of (2,0 ± 0,2) mm and the use of a ring of
(2,0 ± 0,2) mm radial width and (3,0 ± 0,2) mm axial thickness, the latter being cut from 3-mm-thick
sheet, or from 6-mm-thick sheet and then divided into two. Note that a change in dimensions can change
the stress distribution within the cross-section of the deformed test piece and might therefore lead to
different results. Comparisons shall only be made between test pieces having the same dimensions.
Rings shall be produced from a sheet by either die-stamping or cutting with revolving knives; in the
latter case, water may be used as a lubricant but contact shall be minimized and the rubber allowed to
dry thoroughly prior to testing. A substrate shall be used, as for dumb-bells, and similar care shall be
taken to ensure that the sheet is isotropic and homogeneous.
7.2 Number of test pieces
The number of test pieces required for the determination of fatigue life at each test strain depends on
the purpose of the test and on the inherent variability of the materials being examined. At least five test
pieces shall be tested in the case of routine quality control measurements on materials that are already
well characterized. For other purposes, and particularly for rubbers that show large variability, more
test pieces might be required to obtain a representative result (see 10.1).
Additional test pieces might be required for the determination of stress, strain energy density and set
developed during cycling.
7.3 Storage and conditioning
For all test purposes, the minimum time between vulcanization and testing shall be 16 h in accordance
with ISO 23529; the maximum time shall be 4 weeks unless special circumstances (such as investigation
of ageing effects) dictate otherwise.
Test sheets and test pieces shall be stored in the dark at a standard laboratory temperature (see
ISO 23529). They shall not, at any time, be allowed to come into contact with test sheets or test pieces
of a different composition. This is necessary in order to prevent additives that might affect fatigue life,
such as antioxidants, from migrating from one vulcanizate into adjacent vulcanizates.
For tests at a standard laboratory temperature, test pieces shall be conditioned at this temperature
for a minimum of 3 h (in accordance with ISO 23529) immediately before testing. For tests at other
temperatures, test pieces shall be conditioned at the test temperature immediately before testing for a
sufficient period to reach temperature equilibrium.
For tests intended to be comparable, the duration and temperature of storage and the duration and
temperature of conditioning shall be the same.
8 Test conditions
8.1 Test strains
The choice and number of test strains will depend on the particular project or application. For test pieces
relaxed to zero strain, the test strain is the initial maximum strain imposed during cycling, and for many
purposes it will be in the range 50 % to 125 % elongation. Lower or higher strains may be used.
It is strongly recommended that tests be conducted at several test strains so that the dependence
of fatigue life on strain, and, if required, on the maximum stress or maximum strain energy density
imposed during cycling, can be determined. For this purpose, at least four test strains should be used.
The strain intervals required will depend on the range covered and the rate at which the fatigue life
varies with strain within that range; as a general guide, intervals of 25 % are suggested, but narrower
or wider intervals may be used. It is recommended that the test at the highest maximum strain be
carried out first and then the test strain progressively lowered.
The test piece shall return to zero strain for part of each cycle.
8.2 Test frequency
The frequency of cycling shall normally be in the range 1 Hz to 5 Hz, but other frequencies may be used
for particular purposes.
For tests intended to be comparable, the frequency shall be the same.
NOTE It has been found that fatigue life is not markedly affected by frequency over the range 1 Hz to 5 Hz,
provided that the conditions described in Clause 1 are respected.
8.3 Test temperature
Tests shall normally be carried out at a standard laboratory temperature. Other temperatures may
be used if appropriate for particular applications and these should be selected from the list given in
ISO 23529.
NOTE Caution is required in the use of extreme temperatures. For example, at high temperatures, set
developed during cycling can be very extensive and can markedly influence the results. At low temperatures,
viscosity phenomena can appear if the test temperature approaches the glass-transition temperature, T .
g
8.4 Test atmosphere
The test shall not normally be made in a room which contains any apparatus that generates ozone, such
as a fluorescent lamp or which for any other reason has an ozone content above that in normal indoor
air. The motor used to drive the test machine shall be of a type that does not generate ozone.
NOTE Periodic checks are advised in order to ensure the ambient ozone concentration is preferably less than
1 part by volume per 100 million parts of air. When these conditions are observed, the fatigue life should not be
significantly affected by the ozone concentration except at strains near to or below the mechanical fatigue limit
of the material under test (see Annex A).
6 © ISO 2017 – All rights reserved
9 Procedure
9.1 Marking of dumb-bell test pieces
Mark each test piece with reference lines, using a marker which satisfies the conditions described in 5.3
and 5.4. The test piece shall be marked in the unstrained state and shall not have been strained prior to
marking. The reference lines shall not exceed 0,5 mm in width and shall be marked on the narrow part
of the test piece at right angles to its edge and equidistant from its centre.
9.2 Measurement of test pieces
9.2.1 Dumb-bell test pieces
Measure the thickness of each test piece at its centre and at each end of the reference length using the
thickness gauge described in 5.5. The width of the test piece shall be assumed to be equal to the width
between the cutting edges of the narrow central part of the die. For this purpose, the width of this part
of the die shall be measured to the nearest 0,05 mm. The mean value of each set of measurements shall
be used in
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6943
Quatrième édition
2017-08
Caoutchouc vulcanisé —
Détermination de la fatigue en
traction
Rubber, vulcanized — Determination of tension fatigue
Numéro de référence
©
ISO 2017
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Principe . 2
5 Appareillage . 2
6 Étalonnage . 4
7 Éprouvettes . 4
7.1 Dimensions . 4
7.1.1 Généralités . 4
7.1.2 Éprouvettes haltères . 4
7.1.3 Éprouvettes annulaires . 5
7.2 Nombre d’éprouvettes . 6
7.3 Stockage et conditionnement . 6
8 Conditions d’essai . 6
8.1 Déformations d’essai . 6
8.2 Fréquence d’essai . 7
8.3 Température d’essai . 7
8.4 Atmosphère d’essai . 7
9 Mode opératoire. 7
9.1 Marquage des éprouvettes haltères . 7
9.2 Mesurage des éprouvettes . 7
9.2.1 Éprouvettes haltères . 7
9.2.2 Éprouvettes annulaires . 8
9.3 Mise en place des éprouvettes dans la machine d’essai de fatigue . 8
9.3.1 Éprouvettes haltères . 8
9.3.2 Éprouvettes annulaires . 9
9.4 Détermination de la durée de vie de fatigue . 9
9.5 Mesurage de la rémanence et de la déformation maximale après l’essai . 9
9.6 Mesurage de la contrainte maximale et de la densité d’énergie de
déformation maximale .10
10 Expression des résultats.11
10.1 Calcul de la durée de vie de fatigue .11
10.2 Calcul de la rémanence .12
10.3 Calcul de la déformation maximale .12
10.4 Calcul de la contrainte maximale .12
10.5 Calcul de la densité d’énergie de déformation.13
11 Rapport d’essai .13
Annexe A (informative) Notes explicatives .15
Annexe B (normative) Programme d’étalonnage .19
Bibliographie .21
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 www
.iso .org/ directives).
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. 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 www .iso .org/ brevets).
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, 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: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ foreword .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 45, Élastomères et produits à base
d’élastomères, sous-comité SC 2, Essais et analyses.
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 6943:2011), dont elle constitue
une révision mineure afin de mettre à jour les références normatives à l’Article 2.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 6943:2017(F)
Caoutchouc vulcanisé — Détermination de la fatigue en
traction
AVERTISSEMENT 1 — Il convient que l’utilisateur du présent document connaisse bien les
pratiques courantes de laboratoire. Le présent document n’a pas pour but de traiter tous les
problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant, liés à son utilisation. Il incombe à l’utilisateur
d’établir des pratiques appropriées en matière d’hygiène et de sécurité, et de s’assurer de la
conformité à la réglementation nationale en vigueur.
AVERTISSEMENT 2 — Certains modes opératoires spécifiés dans le présent document peuvent
impliquer l’utilisation ou la génération de substances ou la génération de déchets, susceptibles
de constituer un danger environnemental localisé. Il convient de se référer à la documentation
appropriée relative à la manipulation et à l’élimination de ces substances en toute sécurité après
utilisation.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode permettant de déterminer la résistance des caoutchoucs
vulcanisés à la fatigue sous déformations en traction répétées, la taille de l’éprouvette et la fréquence
des cycles étant telles qu’il y a peu ou pas d’augmentation de la température. Dans ces conditions, la
rupture résulte de la propagation d’une craquelure qui finalement rompt l’éprouvette.
La méthode est limitée à des déformations répétées dans lesquelles l’éprouvette est ramenée à la
déformation zéro pendant une partie de chaque cycle. Des phénomènes de fatigue analogues peuvent
se produire sous des déformations répétées qui ne passent pas par une déformation zéro et aussi, dans
certains caoutchoucs, sous déformation statique, mais le présent document ne s’applique pas à ces
conditions.
La méthode est considérée comme appropriée pour les caoutchoucs qui ont des propriétés de contrainte-
déformation raisonnablement stables, du moins après une certaine durée de fatigue, et ne présentent
pas de rémanence ou de diminution exagérée de la contrainte, ou un comportement hautement visqueux.
Les matériaux qui ne répondent pas à ces critères peuvent entraîner des difficultés considérables, tant
du point de vue expérimental qu’interprétatif. Par exemple, pour un caoutchouc qui présente un taux de
rémanence important pendant l’essai de fatigue, la déformation d’essai sera mal définie et la durée de vie
de fatigue est susceptible de différer notablement sous charge maximale constante et sous allongement
maximal constant; aucun travail de base ne permet d’interpréter les résultats obtenus avec un tel
caoutchouc ou de les comparer avec ceux obtenus avec d’autres caoutchoucs. On peut considérer de
façon générale qu’un caoutchouc pour lequel la rémanence, établie conformément à 9.5 et 10.2, dépasse
10 % est susceptible d’entrer dans cette catégorie. Pour cette raison, la méthode est considérée comme
inappropriée pour la plupart des élastomères thermoplastiques.
Des considérations similaires s’appliquent lorsqu’il s’agit d’autres changements du comportement
élastique pendant l’essai.
Une distinction est à faire entre cet essai de fatigue et les essais au flexomètre décrits dans les
différentes parties de l’ISO 4666, où la dégradation par fatigue se produit sous l’action simultanée de la
contrainte et de la température.
Par rapport à l’essai de résistance au développement d’une craquelure de De Mattia (voir l’ISO 132), cet
essai présente les avantages suivants:
— les résultats quantitatifs qui ne dépendent pas de l’interprétation de l’opérateur et qui peuvent être
enregistrés automatiquement;
— la déformation initiale est nettement définie et peut être facilement modifiée pour convenir à
différentes applications.
Il est nécessaire d’être très prudent lorsqu’on tente de relier les résultats des essais normalisés aux
performances en service, étant donné que la résistance à la fatigue comparative de différents vulcanisats
peut varier selon les conditions d’essai utilisées et selon la base servant à comparer les résultats. Des
indications sur le choix des conditions d’essai et sur l’interprétation des résultats sont données dans
l’Annexe A.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte 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 18899:2013, Caoutchouc — Guide pour l’étalonnage du matériel d’essai
ISO 23529, Caoutchouc — Procédures générales pour la préparation et le conditionnement des éprouvettes
pour les méthodes d’essais physiques
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 http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à http:// www .iso .org/ obp
3.1
durée de vie de fatigue
nombre de cycles nécessaires pour rompre une éprouvette soumise à des déformations répétées sous
un allongement imposé
3.2
fatigue en traction
rupture, par propagation de craquelures, d’un élément ou d’une éprouvette soumis à une déformation
en traction répétée
4 Principe
Des éprouvettes en forme d’haltère ou d’anneau subissent des déformations répétées en extension
simple jusqu’à rupture. Les éprouvettes sont ramenées à la déformation zéro pendant une partie de
chaque cycle. Le nombre de cycles de déformation jusqu’à rupture, défini comme étant la durée de vie
de fatigue, est déterminé en fonction de la déformation maximale et, si nécessaire, en fonction de la
contrainte ou de la densité d’énergie de déformation maximales imposées pendant l’essai.
5 Appareillage
5.1 Machine d’essai de fatigue
La machine d’essai de fatigue doit permettre un mouvement de va-et-vient à une fréquence qui doit se
situer normalement dans l’intervalle 1 Hz à 5 Hz.
Pour les essais sur éprouvettes haltères, la machine doit être munie de mâchoires qui serrent
l’éprouvette assez solidement pour l’empêcher de glisser, quelle que soit l’amplitude de la déformation
appliquée.
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Pour les essais sur éprouvettes annulaires, chaque poste de la machine doit être muni de deux paires
de galets, dont l’une est fixée au bâti de la machine et l’autre à la partie animée du mouvement de va-et-
vient. Pour minimiser le frottement, les galets doivent être en acier inoxydable ou plaqué chromé, bien
polis et munis de roulement à bille. La disposition des galets doit être telle que les éprouvettes sont
maintenues fermement en place sur les galets pendant toute la durée de l’essai.
La course de la machine et la position des mâchoires ou des galets doivent être réglables pour fournir
une gamme de déformations d’essai. Dans tous les cas, l’éprouvette doit être ramenée à la déformation
zéro pendant une partie de chaque cycle.
Il convient de préférence que les mâchoires ou les galets soient munis de contacts ou autres moyens de
comptage pour enregistrer le nombre de cycles à la rupture de chaque éprouvette.
S’il est nécessaire de déterminer la contrainte maximale du cycle, des moyens manuels ou automatiques
de mesurage de la charge doivent être prévus. Les propriétés de contrainte-déformation et la densité
d’énergie de déformation dans les conditions d’essai peuvent être déterminées pour des anneaux si l’on
dispose d’un équipement automatique permettant les mesurages force-allongement.
Sinon, et pour des éprouvettes haltères, les propriétés de contrainte-déformation peuvent être
déterminées séparément à l’aide d’une machine d’essai de traction conventionnelle.
5.2 Emporte-pièces et outils de découpe
Tous les emporte-pièces et outils de découpe utilisés doivent être fabriqués et entretenus conformément
à l’ISO 23529.
La durée de vie de fatigue étant sensible à la présence d’amorces, il est essentiel que les emporte-pièces
ou les outils de découpe utilisés pour préparer les éprouvettes soient entretenus avec soin afin que
les arêtes de coupe soient tranchantes et non ébréchées. Des essais de contrôle doivent être effectués
régulièrement, sur un caoutchouc dédié à cette vérification, pour vérifier le tranchant. Toute trace
d’huile doit être éliminée de l’outil de découpe après affûtage.
5.3 Traceur
Si l’on utilise un traceur pour tracer les traits repères sur les éprouvettes haltères, il doit avoir deux
bords parallèles. Ceux-ci doivent être meulés pour être polis et droits, larges de 0,05 mm à 0,10 mm au
bord et biseautés à un angle qui ne soit pas supérieur à 15°.
L’outil de marquage ne doit pas endommager la surface du caoutchouc.
5.4 Substance de marquage
La substance utilisée pour le marquage ne doit avoir aucun effet nocif sur le caoutchouc et avoir une
couleur contrastante.
5.5 Instruments de mesure
L’instrument de mesurage de l’épaisseur des éprouvettes haltères (et de l’épaisseur axiale des
éprouvettes annulaires) doit être conforme à l’ISO 23529, donc être principalement constitué d’un
comparateur à cadran micrométrique ayant un pied circulaire qui ne dépasse pas de la surface du
caoutchouc où est effectué le mesurage; il doit exercer une pression de (22 ± 5) kPa pour un caoutchouc
de dureté supérieure ou égale à 35 DIDC.
Des pieds à coulisse, un microscope à déplacement ou un autre moyen approprié doivent être prévus
pour mesurer les autres dimensions des éprouvettes. Il est recommandé d’utiliser un triboulet pour
mesurer le diamètre intérieur et la circonférence intérieure des éprouvettes annulaires.
6 Étalonnage
Les exigences relatives à l’étalonnage de l’appareillage d’essai sont données dans l’Annexe B.
7 Éprouvettes
7.1 Dimensions
7.1.1 Généralités
Les éprouvettes normalisées doivent être des haltères ou des anneaux dont les dimensions sont dans les
limites indiquées en 7.1.2 et en 7.1.3. Toute éprouvette présentant des irrégularités ou des imperfections
doit être éliminée.
7.1.2 Éprouvettes haltères
Les éprouvettes haltères et les emporte-pièces utilisés pour les découper doivent être tels que
représentés à la Figure 1. Les emporte-pièces doivent avoir les dimensions indiquées dans le Tableau 1.
La longueur de référence (distance entre les traits repères tracés) doit être de 25 mm pour l’éprouvette
du type 1 et de 20 mm pour celle du type 1A et du type 2. Les côtés parallèles de la partie ainsi délimitée
doivent être équidistants du centre de l’éprouvette. Les attaches peuvent comporter des bourrelets
pour faciliter le positionnement.
L’épaisseur des haltères doit être de (1,5 ± 0,2) mm. Dans aucune des haltères, l’épaisseur de la partie
étroite ne doit s’écarter de plus de 2 % de la moyenne. Si l’on compare les résultats pour deux lots
d’haltères, l’épaisseur moyenne d’un lot doit être à 10 % près celle de l’autre.
La durée de vie de fatigue dépend de l’épaisseur de l’éprouvette et il a été démontré que c’est pour
une épaisseur de 1,5 mm que la durée de vie est la moins sujette aux variations de cette dimension. Si
nécessaire, on peut utiliser une autre épaisseur, soit (2,0 ± 0,2) mm, à condition de l’indiquer dans le
rapport d’essai, mais il se peut alors que les résultats soient différents.
Les haltères doivent être découpés dans la plaque à l’aide d’un emporte-pièce et d’un seul coup. Le
caoutchouc doit être posé sur une plaque d’un matériau souple (par exemple carton ou polyéthylène)
placé sur une surface plane et rigide; la partie de la plaque support située sous l’emporte-pièce ne doit
comporter ni coupures ni autres imperfections. On doit prendre soin de s’assurer que le caoutchouc est
isotrope et ne comporte aucune contrainte interne (dans le cas contraire, il se produirait des variations
très importantes de la durée de vie de fatigue); s’il existe le moindre doute, des essais de contrainte-
déformation et des essais de fatigue doivent être effectués avec des éprouvettes découpées dans
des directions différentes ou en des points différents de la plaque. Toute plaque présentant de telles
imperfections doit être éliminée, sauf s’il s’agit d’examiner les effets de l’anisotropie ou du «grain»,
auquel cas leur importance et leur direction doivent être spécifiées et indiquées dans le rapport d’essai.
a) Éprouvette
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b) Emporte-pièce
Légende
1 traits repères
A à F voir Tableau 1
Figure 1 — Forme des éprouvettes haltères et de l’emporte-pièce
Tableau 1 — Dimensions de l’emporte-pièce pour les éprouvettes haltères [voir Figure 1 b)]
Dimensions en millimètres
Dimension Type 1 Type 1A Type 2
A Longueur totale, min. 115 100 75
B Largeur des extrémités 25 ± 1 25 ± 1 12,5 ± 1
C Longueur de la partie étroite où les côtés sont 33 ± 2 21 ± 1 25 ± 1
parallèles
D Largeur de la partie étroite où les côtés sont 6,2 ± 0,2 5 ± 0,1 4 ± 0,1
parallèlesa
E Petit rayon 14 ± 1 11 ± 1 8 ± 0,5
F Grand rayon 25 ± 2 25 ± 2 12,5 ± 1
a
La variation pour un emporte-pièce quelconque ne doit pas être supérieure à 0,05 mm.
NOTE Les emporte-pièces sont identiques à ceux spécifiés pour les éprouvettes haltères des types 1, 1A et 2
dans l’ISO 37 pour la détermination des caractéristiques de contrainte-déformation en traction.
7.1.3 Éprouvettes annulaires
L’éprouvette annulaire normalisée doit avoir un diamètre nominal intérieur de 44,6 mm et un diamètre
extérieur de 52,6 mm, ce qui donne une largeur radiale nominale de 4 mm; la largeur radiale ne doit en
aucun point s’écarter de la moyenne de plus de 0,2 mm. L’épaisseur axiale doit être de (1,5 ± 0,2) mm et
aucun des anneaux ne doit avoir une épaisseur s’écartant de la moyenne de plus de 2 %.
NOTE En ce qui concerne les diamètres intérieurs et extérieurs, et la tolérance sur la largeur radiale (mais
pas sur l’épaisseur axiale), l’éprouvette annulaire normalisée est identique à l’éprouvette annulaire de dimensions
normales (type A) spécifiée dans l’ISO 37.
D’autres épaisseurs axiales et largeurs radiales peuvent être utilisées à condition de les indiquer
dans le rapport d’essai. Ces variantes comprennent une épaisseur axiale de (2,0 ± 0,2) mm et l’emploi
d’un anneau de (2,0 ± 0,2) mm de largeur radiale et de (3,0 ± 0,2) mm d’épaisseur axiale, celle-ci
étant découpée dans une plaque de 3 mm d’épaisseur ou coupée en deux dans une plaque de 6 mm
d’épaisseur. À noter qu’un changement dans les dimensions peut modifier la distribution des contraintes
dans la section transversale de l’éprouvette déformée et donc conduire à des résultats différents. Les
comparaisons ne doivent être effectuées qu’entre des éprouvettes de mêmes dimensions.
Les anneaux doivent être préparés dans une plaque, soit à l’emporte-pièce, soit par découpage au
couteau rotatif; dans ce dernier cas, on peut utiliser l’eau comme lubrifiant, mais le contact doit être
minimisé et l’on doit bien laisser sécher le caoutchouc avant l’essai. Un support doit être utilisé, comme
pour les haltères et on doit s’assurer de la même manière que la plaque est isotrope et homogène.
7.2 Nombre d’éprouvettes
Le nombre d’éprouvettes nécessaires à la détermination de la durée de vie de fatigue à chaque
déformation d’essai dépend du but de l’essai et de la variabilité inhérente des matériaux soumis à
examen. Au moins cinq éprouvettes doivent être soumises à essai dans le cas de mesurages effectués
pour un contrôle de qualité de routine sur des matériaux déjà bien caractérisés. Pour d’autres cas, et en
particulier pour des caoutchoucs présentant une grande variabilité, il peut être nécessaire d’utiliser un
plus grand nombre d’éprouvettes pour obtenir un résultat représentatif (voir 10.1).
Il peut être nécessaire d’utiliser des éprouvettes supplémentaires pour déterminer la contrainte, la
densité d’énergie de déformation et la rémanence produite pendant l’essai.
7.3 Stockage et conditionnement
Quel que soit le but des essais, le délai minimal entre vulcanisation et essai doit être de 16 h
conformément à l’ISO 23529; le délai maximal doit être de 4 semaines sauf si des circonstances
particulières en décident autrement (par exemple l’étude de l’influence du vieillissement).
Les plaques d’essai et les éprouvettes doivent être stockées dans l’obscurité à une température
normale de laboratoire (voir l’ISO 23529). Elles ne doivent jamais venir au contact de plaques d’essai
et d’éprouvettes ayant une composition différente. Cette condition est indispensable pour empêcher
les additifs qui peuvent affecter la durée de vie de fatigue, comme les antioxydants, de migrer d’un
vulcanisat dans les vulcanisats voisins.
Pour des essais à une température normale de laboratoire, les éprouvettes doivent être conditionnées
à ladite température durant un minimum de 3 h immédiatement avant l’essai (conformément à
l’ISO 23529). Pour des essais à d’autres températures, les éprouvettes doivent être conditionnées
à la température d’essai immédiatement avant l’essai pendant une durée suffisante pour atteindre
l’équilibre de température.
Pour des essais comparatifs, la durée et la température de stockage ainsi que la durée et la température
de conditionnement doivent être identiques.
8 Conditions d’essai
8.1 Déformations d’essai
Le choix et le nombre de déformations d’essai dépendent de l’objectif ou de l’application. Pour les
éprouvettes ramenées à la déformation zéro, la déformation d’essai est la déformation initiale maximale
imposée pendant le cycle et, dans de nombreux cas, elle se situera dans l’intervalle d’allongement de
50 % à 125 %. Des déformations plus faibles ou plus élevées peuvent être utilisées.
Il est fortement recommandé d’effectuer des essais à plusieurs déformations d’essai de manière à pouvoir
déterminer la variation de la durée de vie de fatigue en fonction de la déformation et, si nécessaire, de
la contrainte maximale ou de la densité d’énergie de déformation maximale imposées pendant le cycle.
À cet effet, il convient d’utiliser au moins quatre déformations d’essai. Les intervalles de déformation
nécessaires dépendent alors de la plage couverte et de la vitesse à laquelle la durée de vie de fatigue
varie avec la déformation située dans cette plage; à titre indicatif, on suggère des intervalles de 25 %
mais des intervalles plus étroits ou plus larges peuvent être utilisés. Il est recommandé de réaliser
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tout d’abord l’essai à la déformation maximale la plus élevée et de diminuer ensuite progressivement la
déformation d’essai.
L’éprouvette doit revenir à la déformation zéro pendant une partie de chaque cycle.
8.2 Fréquence d’essai
La fréquence des cycles doit être normalement comprise dans l’intervalle de 1 Hz à 5 Hz, mais d’autres
fréquences peuvent être utilisées pour des objectifs particuliers.
Pour des essais comparatifs, la fréquence doit être la même.
NOTE Il a été constaté que la durée de vie de fatigue n’est pas très influencée par la fréquence dans
l’intervalle de 1 Hz à 5 Hz pourvu que les conditions décrites à l’Article 1 soient respectées.
8.3 Température d’essai
Les essais doivent normalement être effectués à une température normale de laboratoire. Si besoin est,
d’autres températures peuvent être utilisées pour des applications particulières et il convient de les
choisir dans la liste donnée dans l’ISO 23529.
NOTE Il est nécessaire d’être prudent quant à l’emploi de températures extrêmes. Par exemple, aux
températures élevées, la rémanence développée pendant les cycles peut être très importante et influencer dans
une large mesure les résultats. À basses températures, des phénomènes visqueux peuvent se produire si la
température d’essai avoisine la température de transition vitreuse, T .
g
8.4 Atmosphère d’essai
Normalement, les essais ne doivent pas être réalisés dans une pièce où se trouve un appareil générateur
d’ozone, comme par exemple une lampe fluorescente ou dans laquelle pour toute autre raison, la
concentration d’ozone est supérieure à celle de l’air normal en intérieur. Le moteur utilisé pour entraîner
la machine d’essai doit être d’un type non générateur d’ozone.
NOTE Il est conseillé de procéder à des vérifications périodiques pour s’assurer que le taux volumique
d’ozone ambiant est de préférence inférieur à 1 partie pour 100 millions de parties d’air. Lorsque ces conditions
sont respectées, la durée de vie de fatigue n’est généralement pas notablement influencée par la concentration
d’ozone, sauf aux déformations voisines de, ou inférieures à la limite de fatigue mécanique du matériau soumis à
essai (voir l’Annexe A).
9 Mode opératoire
9.1 Marquage des éprouvettes haltères
Tracer sur chaque éprouvette des traits repères, en utilisant un traceur qui satisfasse aux conditions
décrites en 5.3 et en 5.4. Ces traits doivent être tracés sur l’éprouvette à l’état non déformé; l’éprouvette
ne doit pas avoir été déformée auparavant. Les traits repères ne doivent pas avoir plus de 0,5 mm de
largeur; ils doivent être tracés sur la partie étroite de l’éprouvette, faire des angles droits avec les bords
de celle-ci et être équidistants de son centre.
9.2 Mesurage des éprouvettes
9.2.1 Éprouvettes haltères
Mesurer l’épaisseur de chaque éprouvette en son centre et à chaque extrémité de la longueur de
référence à l’aide de la jauge d’épaisseur décrite en 5.5. La largeur de l’éprouvette doit être supposée
égale à la largeur entre les arêtes de coupe de la partie centrale étroite de l’emporte-pièce. À cet effet, la
largeur de cette partie de l’emporte-pièce doit être mesurée à 0,05 mm près. Utiliser la valeur moyenne
de chaque série de mesurages pour calculer l’aire de la section transversale.
À l’aide d’un pied à coulisse ou d’autres moyens, mesurer la distance entre les milieux des traits repères
à 0,2 mm près. L’éprouvette doit être à l’état non déformé et ne doit pas avoir été déformée avant le
mesurage.
9.2.2 Éprouvettes annulaires
Mesurer la largeur radiale et l’épaisseur axiale en six points approximativement équidistants sur le
pourtour de l’anneau à l’aide des instruments décrits en 5.5. Utiliser la valeur moyenne de chaque série
de mesurages pour calculer l’aire de la section transversale.
Mesurer le diamètre intérieur à 0,2 mm près, de préférence au moyen d’un triboulet approprié. La
circonférence intérieure initiale à l’état non déformé, l , et la circonférence moyenne, l, doivent être
calculées à l’aide de la Formule (1) et de la Formule (2).
ld=π (1)
0 i
et
ld=+π()W (2)
ir
où
d est le diamètre intérieur;
i
W est la largeur radiale.
r
9.3 Mise en place des éprouvettes dans la machine d’essai de fatigue
9.3.1 Éprouvettes haltères
Insérer chaque éprouvette à l’état non déformé dans les mâchoires de la machine d’essai. On doit
prendre soin de ne pas trop serrer les mâchoires, sinon il pourrait se produire une rupture prématurée
au niveau de la partie fixe de l’éprouvette. Amener manuellement la partie mobile de la machine à la
position d’allongement maximal et régler les mâchoires de sorte que les traits repères tracés sur les
éprouvettes soient distants de la valeur voulue. La déformation maximale nominale ne doit pas être
dépassée pendant le réglage. Procéder à un réglage final 1 min après l’application de la déformation. Le
mesurage doit être effectué, à l’aide d’un pied à coulisse ou d’autres moyens, à une précision telle que la
déformation maximale initiale soit dans les limites de 2 % (absolus) de la valeur nominale.
La distance requise entre les traits repères est donnée par la Formule (3).
e +100
l (3)
où
e est la déformation maximale initiale requise, exprimée en pourcentage;
l est la longueur de référence initiale à l’état non déformé.
Par exemple, pour une déformation de 100 %, la distance requise est égale au double de la longueur de
référence initiale à l’état non déformé.
Amener la partie mobile de la machine à la position de séparation minimale des mâchoires et mesurer
de nouveau la longueur de référence. L’éprouvette doit être revenue à l’état non déformé.
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9.3.2 Éprouvettes annulaires
Régler la machine à l’allongement maximal requis de sorte qu’une ligne passant par le pourtour des
galets ait la longueur requise dans les limites de précision spécifiée pour les haltères en 9.3.1.
Déplacer alors la partie mobile de la machine de sorte que l’éprouvette puisse être montée à l’état non
déformé. La longueur correspondant à la déformation maximale requise est donnée dans la Formule (4):
e +100
l (4)
où
l est la circonférence intérieure initiale à l’état non déformé.
NOTE Lorsqu’on utilise l’épaisseur préférentielle, soit 1,5 mm, le diamètre intérieur de l’éprouvette annulaire
sera très voisin de celui de l’outil de découpe. Les positions des galets de la machine d’essai peuvent aussi être
réglées dans ce cas en fonction de la déformation.
9.4 Détermination de la durée de vie de fatigue
Lorsque les éprouvettes ont été montées, mettre la machine en marche et noter le nombre de cycles à la
rupture pour chaque éprouvette.
En variante, s’il n’est pas nécessaire de mesurer la variabilité de la durée de vie de fatigue, l’essai peut
être arrêté avant que toutes les éprouvettes se soient rompues, à condition toutefois qu’il s’en soit rompu
une quantité suffisante pour calculer la durée de vie de fatigue médiane (voir 10.1). Il est recommandé,
si des éprouvettes ne sont pas rompues après 2 × 10 cycles, d’arrêter l’essai, sauf s’il existe une raison
précise de le poursuivre.
9.5 Mesurage de la rémanence et de la déformation maximale après l’essai
La longueur d’une éprouvette à l’état non déformé augmente pendant l’essai de fatigue en raison de la
rémanence. Habituellement, cette dernière se produit très rapidement au début de l’essai et diminue
progressivement ensuite. Si la rémanence est élevée, la durée de vie de fatigue peut être très augmentée
et les résultats peuvent être erronés. Dans le cas d’éprouvettes haltères, il peut aussi se produire des
changements de la longueur de référence maximale en raison de la diminution de la contrainte et de la
rémanence.
La rémanence et les variations de la longueur d’essai doivent donc être déterminées par un mode
opératoire approprié, et les déformations d’essai indiquées dans le rapport d’essai doivent être corrigées
conformément à 10.3. La rémanence ne doit pas être compensée pendant l’essai de fatigue.
La méthode de mesurage doit être indiquée dans le rapport d’essai. Le mode opératoire suivant est
recommandé.
Pour chaque déformation d’essai, placer deux éprouvettes dans la machine d’essai de fatigue pendant
1 × 10 cycles et arrêter alors la machine dans une position telle que l’une des éprouvettes soit à l’état
non contraint. Après 1 min, mesurer la longueur d’essai, à l’état non déformé, de cette éprouvette. Dans
le cas des éprouvettes haltères, il convient d’effectuer le mesurage avec l’éprouvette montée sur la
machine qu’il convient d’actionner à la main pour que l’éprouvette soit juste à l’état non contraint. Dans
le cas des éprouvettes annulaires, il convient de retirer l’éprouvette de la machine et de la mesurer à
l’aide d’un triboulet ou d’un autre moyen approprié. Pour les anneaux, la rémanence peut également
être mesurée sur la machine en utilisant un dispositif de mesure automatique force-allongement.
Mettre en marche la machine pendant encore 100 cycles et répéter le mode opératoire qui vient d’être
décrit pour les autres éprouvettes.
Si nécessaire, remettre les éprouvettes dans la machine et répéter tout le mode opératoire après un
total de 1 × 10 cycles et après chaque décade suivante pendant la durée de vie des éprouvettes (c’est-à-
5 6
dire après 1 × 10 , 1 × 10 cycles, etc.).
Pour mesurer la variation de l’allongement de référence maximal des éprouvettes haltères, utiliser
le même mode opératoire que celui utilisé pour déterminer la rémanence, mais la machine étant en
position de séparation maximale.
9.6 Mesurage de la contrainte maximale et de la densité d’énergie de déformation
maximale
Dans plusieurs cas, il sera souhaitable d’exprimer la durée de vie de fatigue en fonction de la
contrainte maximale appliquée ou de la densité d’énergie de déformation maximale (voir l’Annexe A).
Si ces paramètres sont nécessaires, il est recommandé de mesurer le comportement de contrainte-
déformation à la fois au stade initial et pendant l’essai de fatigue; comme la déformation maximale,
la contrainte maximale et la densité d’énergie de déformation maximale varient au cours de l’essai en
raison des effets de rémanence, de la diminution de contrainte et d’autres facteurs. Si l’on effectue ces
mesurages, on doit utiliser une éprouvette pour chacun des matériaux d’essai à chaque déformation
d’essai.
Un dispositif de mesure automatique force-allongement est préférable car il permet de suivre les
variations de force maximale tant pour les éprouvettes haltères que pour les éprouvettes annulaires
pendant tout l’essai de fatigue et dans le cas des éprouvettes annulaires, il permet aussi d’obtenir la
densité d’énergie de déformation à la fréquence d’essai.
Les propriétés de contrainte-déformation peuvent également être obtenues à partir d’un essai de force-
allongement quasi statique soit manuellement, soit avec une machine.
La méthode de mesure doit être consignée dans le rapport d’essai. Le mode opératoire suivant est
recommandé.
— Déterminer l’épaisseur et la largeur de l’éprouvette conformément à 9.2.
— Utiliser la valeur moyenne de chaque série de mesurages pour calculer l’aire de la section transversale.
— Étirer l’éprouvette à la déformation maximale propre à l’essai en question, en mesurant le
comportement force-allongement.
Effectuer ce mesurage soit en appliquant des poids à l’éprouvette, soit en la déformant à vitesse
constante à l’aide d’un dynamomètre. Si l’on utilise une méthode manuelle, il convient d’appliquer la
charge régulièrement, de préférence en appliquant les poids à des intervalles de 1 min et en mesurant
la dimension appropriée (longueur de référence pour une éprouvette haltère ou distance entre
les galets pour une éprouvette annulaire) 30 s après avoir placé la charge. Mesurer la dimension à
des accroissements appropriés de la déformation à l’aide d’un pied à coulisse ou d’autres moyens;
des accroissements correspondant à des allongements de 10 % à 20 % devraient normalement être
appropriés dans la plupart des cas.
Après avoir déterminé la relation force-allongement initiale, placer l’éprouvette dans la machine
d’essai de fatigue et réaliser des cycles à la déformation d’essai requise jusqu’à atteindre le nombre de
cycles correspondant à la décade la plus élevée au-dessous de la durée de vie de fatigue médiane (voir
10.1) du matériau d’essai. Par exemple, si l’on constate que le matériau d’essai a une durée de vie de
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fatigue médiane correspondant à 6 × 10 cycles, solliciter l’éprouvette pendant 1 × 10 cycles. Retirer
l’éprouvette de la machine, mesurer de nouveau sa longueur, sa largeur et son épaisseur après une
période de relaxation appropriée, et ensuite déterminer de nouveau la relation force-allongement.
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10 Expression des résultats
10.1 Calcul de la durée de vie de fatigue
Pour chaque déformation d’essai, répertorier dans l’ordre de grandeur croissant le nombre de cycles
nécessaires pour rompre chacune des éprouvettes soumises à la fatigue.
Calculer la valeur médiane de la durée de vie de fatigue et, le cas échéant (voir la Note ci-dessous),
calculer le rapport des valeurs les plus élevées aux plus faibles comme mesure de la dispersion. Si
nécessaire, on peut utiliser d’autres méthodes de mesure de l’estimation de la valeur centrale et de la
dispersion. Elles doivent être indiquées dans le rapport d’essai.
Les valeurs obtenues avec toute éprouvette haltère qui se rompt en dehors de la partie étroite centrale
ne doivent pas être utilisées dans le calcul des résultats. Toutefois les valeurs faibles ne doivent pas
être éliminées, sauf s’il existe une preuve positive et d’origine autre que statistique qu’elles ne sont
pas représent
...
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