ISO 1352:2021
(Main)Metallic materials - Torque-controlled fatigue testing
Metallic materials - Torque-controlled fatigue testing
This document specifies the conditions for performing torsional, constant-amplitude, nominally elastic stress fatigue tests on metallic specimens without deliberately introducing stress concentrations. The tests are typically carried out at ambient temperature or an elevated temperature in air by applying a pure couple to the specimen about its longitudinal axis. While the form, preparation and testing of specimens of circular cross-section and tubular cross-section are described in this document, component and other specialized types of testing are not included. Similarly, low-cycle torsional fatigue tests carried out under constant-amplitude angular displacement control, which lead to failure in a few thousand cycles, are also excluded.
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de torsion commandé
Le présent document spécifie les conditions de réalisation d’essais de fatigue par torsion, à amplitude constante et à contrainte nominalement élastique, sur des éprouvettes métalliques, sans introduire délibérément des concentrations de contrainte. Les essais sont généralement réalisés à température ambiante ou à une température élevée dans l’air en appliquant un couple pur sur l’éprouvette autour de son axe longitudinal. Même si la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale circulaire et annulaire sont décrits dans le présent document, les essais de composants et autres types d’essais spécialisés ne sont pas inclus. De même, les essais de fatigue oligocyclique en torsion réalisés avec un contrôle de déplacement angulaire à amplitude constante, qui conduisent à une rupture au bout de quelques milliers de cycles, sont également exclus.
General Information
Relations
Overview
ISO 1352:2021 - Metallic materials - Torque-controlled fatigue testing specifies standardized conditions for performing torsional, constant‑amplitude, nominally elastic stress fatigue tests on metallic specimens. The standard covers testing by applying a pure couple (torque) about the specimen’s longitudinal axis, typically at ambient or elevated temperature in air. It describes specimen forms, preparation, apparatus, test procedures and reporting for specimens of circular and tubular cross-section. Component testing and low‑cycle torsional tests under angular‑displacement control are excluded.
Key topics and technical requirements
- Test scope and exclusions: Applies to nominally elastic, constant‑amplitude torque-controlled torsional fatigue; excludes component/specialized tests and low‑cycle angular‑displacement fatigue leading to failure in a few thousand cycles.
- Specimen geometry and preparation: Detailed guidance on form, dimensions, machining, surface condition, sampling, marking, dimensional checks and storage for circular and tubular specimens.
- Apparatus and alignment: Requirements for torsional fatigue testing machines, torque cells, grips, alignment verification and axial force control. Annexes provide methods for machine alignment verification and measuring uniformity of torsional strain/stress.
- Test procedure: Mounting, frequency, sinusoidal constant‑amplitude waveforms, application of torque, calculation of nominal torsional (shear) stress, temperature control for elevated‑temperature tests, and failure/termination criteria. Ambient tests are normally performed between 10 °C and 35 °C.
- Data, uncertainty and reporting: Test plan elements (stress ratios, objectives such as fatigue life, fatigue strength or full S–N / Wöhler curves), recording and cycle counting, measurement uncertainty estimation and standardized test reporting. Annexes cover presentation of results and uncertainty estimation.
Applications and who uses this standard
- Materials and mechanical testing laboratories performing torsional fatigue characterization of metallic materials.
- Engineers developing S–N (Wöhler) curves, fatigue life predictions and material selection for rotating or torsion‑loaded parts (e.g., shafts, fasteners, springs), where pure torsion data are required.
- Quality assurance and product development teams in automotive, aerospace, heavy machinery and manufacturing industries that require repeatable, comparable torque‑controlled fatigue data.
- Standards bodies and test equipment manufacturers for machine verification and calibration guidance.
Related standards
- ISO 554 - Standard atmospheres for conditioning/testing (environmental control)
- ISO 23788 - Verification of alignment of fatigue testing machines
- ISO 12107 - Statistical methods for fatigue data (referenced for data presentation)
ISO 1352:2021 is essential for obtaining consistent, comparable torsional fatigue data on metallic materials using torque‑controlled methods, supporting reliable fatigue design and material assessment.
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 1352
Third edition
2021-12
Metallic materials — Torque-
controlled fatigue testing
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de torsion
commandé
Reference number
© ISO 2021
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms.3
5 Principle of test . 4
6 Test plan . 5
7 Shape and size of specimen . 5
7.1 Form . 5
7.2 Dimensions . 7
7.2.1 Specimens of circular cross-section . 7
7.2.2 Specimens with tubular cross-section . 8
8 Preparation of specimens .8
8.1 General . 8
8.2 Machining procedure . 8
8.3 Sampling and marking . . 9
8.4 Surface conditions of specimen . 9
8.5 Dimensional checks . 10
8.6 Storage and handling . 10
9 Apparatus .10
9.1 Testing machine . . 10
9.1.1 General . 10
9.1.2 Torque cell . 10
9.1.3 Gripping of specimen . 11
9.1.4 Alignment check . 11
9.1.5 Axial force. 11
9.2 Heating system .12
9.3 Instrumentation for test monitoring .12
9.3.1 Recording system .12
9.3.2 Cycle counter . .12
9.3.3 Checking and verification . 13
10 Test procedure .13
10.1 Mounting of specimen . 13
10.2 Frequency of testing .13
10.3 Heating for the isothermal elevated temperature test . 13
10.4 Application of torque . 13
10.5 Calculation of nominal torsional (shear) stress . 13
10.6 Recording of temperature and humidity . 14
10.7 Failure and termination criteria . 14
10.7.1 Failure . 14
10.7.2 Termination . 14
11 Measurement uncertainty .14
12 Test report .15
Annex A (informative) Presentation of results .16
Annex B (informative) Verification of alignment of torsional fatigue testing machines .20
Annex C (informative) Measuring uniformity of torsional strain (stress) state .22
Annex D (informative) Estimation of measurement uncertainty .25
iii
Bibliography .27
iv
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 of 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
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee SC 4, Fatigue, fracture and toughness testing.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 1352:2011), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— addition of the test apparatus and procedure for the elevated temperature testing;
— addition of measurement uncertainty estimation.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 1352:2021(E)
Metallic materials — Torque-controlled fatigue testing
1 Scope
This document specifies the conditions for performing torsional, constant-amplitude, nominally elastic
stress fatigue tests on metallic specimens without deliberately introducing stress concentrations. The
tests are typically carried out at ambient temperature or an elevated temperature in air by applying a
pure couple to the specimen about its longitudinal axis.
While the form, preparation and testing of specimens of circular cross-section and tubular cross-section
are described in this document, component and other specialized types of testing are not included.
Similarly, low-cycle torsional fatigue tests carried out under constant-amplitude angular displacement
control, which lead to failure in a few thousand cycles, are also excluded.
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 554:1976, Standard atmospheres for conditioning and/or testing — Specifications
ISO 23788, Metallic materials — Verification of the alignment of fatigue testing machines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
maximum stress
τ
max
highest algebraic value of shear stress at the outer diameter in the stress cycle
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.2
minimum stress
τ
min
lowest algebraic value of shear stress in the stress cycle
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.3
mean stress
τ
m
static component of the shear stress
Note 1 to entry: It is one half of the algebraic sum of the maximum shear stress and the minimum shear stress:
ττ+
maxmin
τ =
m
3.4
stress amplitude
τ
a
variable component of shear stress
Note 1 to entry: It is one half of the algebraic difference between the maximum shear stress and the minimum
shear stress:
ττ−
maxmin
τ =
a
3.5
number of cycles
N
number of cycles applied at any stage during the test
3.6
stress ratio
R
algebraic ratio of the minimum shear stress to the maximum shear stress in one cycle
Note 1 to entry: It is expressed as:
τ
min
R= .
τ
max
3.7
stress range
Δτ
range between the maximum and minimum shear stresses
Note 1 to entry: It is expressed as:
Δτ =−ττ .
maxmin
3.8
fatigue life at failure
N
f
number of stress cycles to failure in a specified condition
3.9
fatigue strength at N cycles
τ
N
value of the shear stress amplitude (3.4) at a stated stress ratio (3.6) under which the specimen would
have a life of N cycles
3.10
torque
M
twisting couple producing shear stress or twisting deformation about the axis of the specimen
Key
X time
Y stress
1 one stress cycle
Figure 1 — Fatigue stress cycle
4 Symbols and abbreviated terms
D diameter or width across flats of the gripped ends of the specimen
NOTE 1 The value of D may be different for each end of the specimen.
d diameter of specimen of circular cross-section
d outer diameter of test section of specimen of tubular cross-section
o
d inner diameter of test section of specimen of tubular cross-section
i
L axial separation of strain gauges
g
L parallel length
p
r transition blending radius at ends of test section which starts the transition from d to D
(see Figures 3 and 4)
NOTE 2 This curve need not be a true arc of a circle over the whole of the distance between the end of
the test section and the start of the enlarged end for specimens of the types shown in Figure 3.
t wall thickness in the test section of the thin-walled tube specimen
T specified temperature at which the test should be performed
T indicated temperature or measure temperature on the surface of the parallel length of the
i
specimen
° °
ε linear normal strain in the 0 directions of the 45 strain rosette
a
° °
ε linear normal strain in the 45 directions of the 45 strain rosette
b
° °
ε linear normal strain in the 90 directions of the 45 strain rosette
c
ε circumferential strain
θθ
ε longitudinal strain
zz
γ shear strain
θz
5 Principle of test
Nominally identical specimens are mounted on a torsional fatigue testing machine and subjected to the
loading condition required to introduce cycles of torsional stress. Any one of the types of cyclic stress
illustrated in Figure 2 may be used. The test waveform shall be constant-amplitude sinusoidal, unless
otherwise specified.
In an axially symmetrical specimen, change of mean torque does not introduce a different type of stress
system and mean stress in torsion may always be regarded as positive in sign.
The torque is applied to the specimen about the longitudinal axis passing through the centroid of the
cross-section.
The test is continued until the specimen fails or until a predetermined number of stress cycles has been
exceeded.
NOTE Typically, cracks produced by torsional fatigue testing are parallel or orthogonal to the longitudinal
axis (shear stress driven) or helical at approximately +/-45° to the longitudinal axis (principal stress driven).
Tests conducted at ambient temperature shall be performed between 10 °C and 35 °C unless otherwise
agreed with the customer.
The results of fatigue testing can be affected by atmospheric conditions, and where controlled
conditions are required, ISO 554:1976, 2.1, applies.
Key
X time
Y stress
1 reversed
2 fluctuating
Figure 2 — Types of cyclic stress
6 Test plan
Before commencing testing, the following shall be agreed by the parties concerned and any
modifications shall be mutually agreed upon:
a) the form of specimen to be used (see Clause 7);
b) the stress ratio(s) to be used;
c) the objective of the tests, i.e. which of the following is to be determined:
— the fatigue life at a specified stress amplitude;
— the fatigue strength at a specified number of cycles;
— a full Wöhler or S–N curve;
d) the number of specimens to be tested and the test sequence;
e) the number of cycles a specimen is subjected to before the test is terminated.
[3]
NOTE 1 Some methods of data presentation are given in Annex A. See ISO 12107 for details, including data
analysis procedure and statistical presentation.
NOTE 2 Commonly employed numbers of cycles for test termination are:
— 10 cycles for structural steels, and
— 10 cycles for other steels and non-ferrous alloys.
7 Shape and size of specimen
7.1 Form
Generally, a specimen having a fully machined test section of one of the types shown in Figures 3 and 4
should be used.
The specimen may be of:
— solid circular cross-section, with tangentially blending fillets between the test section and the ends
(see Figure 3); or
— tubular cross-section, with tangentially blending fillets between the test section and the ends in the
outer surface (see Figure 4).
The hourglass specimen is not recommended because the crack under torsional loads may propagate at
o
45 to the loading axis.
For tubular specimens, the diameter of the inner surface at the ends may be greater than or equal to
that at the test section. For a specimen having an inner diameter at the ends greater than that at the test
section, crack initiation or failure outside the test section invalidates the test, which should be counted
as a discontinued (stopped) test at the number of cycles completed.
Fatigue test results determined using the specimen of tubular cross-section are not always comparable
to those obtained from the specimen of solid circular cross-section (due to absence or existence of
elastic constraint). Therefore, caution should be exercised when comparing fatigue lives obtained on
the same material from specimens having different cross-sections.
Typical specimen ends are shown in Figure 5. It is recommended that ends suitable for meeting the
alignment criterion be chosen.
Figure 3 — Specimens with circular cross-section
Figure 4 — Specimen with tubular cross-section
Figure 5 — Typical specimen ends
7.2 Dimensions
7.2.1 Specimens of circular cross-section
It is recommended that the geometric dimensions given in Table 1 be used (see also Figure 3).
Table 1 — Dimensions for specimens of circular cross-section
Diameter of cylindrical parallel length, in millime-
5 ≤ d ≤ 12
tres
Parallel length L ≤ 5d
p
Transition radius (from parallel section to grip
r ≥ 3d
end)
External diameter (grip end) D ≥ 2d
The tolerance on d shall be ±0,05 mm.
To calculate the applied torque loading, the actual diameter of each specimen shall be measured to an
accuracy of 0,01 mm. Care should be taken not to damage the surface when measuring the specimen
prior to testing.
It is important that general tolerances of the specimen respect the two following properties:
— parallelism: 0,005d or better;
— concentricity: 0,005d or better.
These values are expressed in relation to the axis or reference plane.
7.2.2 Specimens with tubular cross-section
In general, the considerations applicable to specimens of circular cross-section also apply to tests on
tubular specimens.
The specimen wall thickness shall be large enough to avoid instabilities during cyclic loading without
violating the thin-walled tube criterion, i.e. a mean diameter-to-wall thickness ratio of 10:1 or greater
is required.
It is recommended that the geometric dimensions given in Table 2 be used (see also Figure 4).
Table 2 — Dimensions for specimens of tubular cross-section
Wall thickness in test section, t 0,05d to 0,1d
o o
Outer diameter of test section d
o
Transition radius (from parallel section to grip
≥ 3d
o
end), r
Parallel length, L 1d to 3d
p o o
External diameter (grip end) D ≥ 1,5d
o
Concentricity between the outer diameter, d , and the inner diame-
o
ter, d , should be maintained within 0,01t.
i
8 Preparation of specimens
8.1 General
In any fatigue test programme designed to characterize the intrinsic properties of a material, it is
important to observe the following recommendations in the preparation of specimens. Deviation from
these recommendations is permitted if the test program aims to determine the influence of a specific
factor (surface treatment, oxidation, etc.). In all cases, any deviations shall be noted in the test report.
Specimens should be machined from normally stress-free material unless otherwise agreed with the
customer.
8.2 Machining procedure
Machining the specimens can induce residual stress on the specimen surface that could affect the test
results. These stresses can be induced by heat gradients at the machining stage — stresses associated
with deformation of the material or microstructural alterations. However, they can be reduced by
using an appropriate final machining procedure, especially prior to a final polishing stage. For harder
materials, grinding rather than tool operation (turning or milling) may be preferable.
— Grinding: from 0,1 mm of the final dimension at a rate of no more than 0,005 mm/pass.
— Polishing: remove the final 0,025 mm with papers of decreasing grit size. It is recommended that the
final direction of polishing be along the specimen axial direction.
— For tubular specimens the bore should be fine-honed, so that surface finish on the internal surface
of the bore is either equal to or better than the surface finish on the external cylindrical surface in
[4]
the parallel section .
Failure to observe the above can result in alteration in the microstructure of the material. This
phenomenon can be caused by an increase in temperature and by the strain-hardening induced by
machining; it can be a matter of a change in phase or, more frequently, of surface recrystallization. This
invalidates the test as the material mechanical properties are changed.
Introduction of contaminants: the mechanical properties of some materials deteriorate when in the
presence of certain elements or compounds. An example is the effect of chlorine on steels and titanium
alloys. These elements should therefore be avoided in the products used during specimen preparation
(cutting fluids, etc.). Rinsing and degreasing of specimens prior to storage is also recommended.
8.3 Sampling and marking
The sampling of test materials from a semi-finished product or component can have a major influence
on the results obtained during the test. It is therefore necessary to clearly identify the location and
orientation of each specimen.
A sampling drawing, attached to the test report, shall indicate clearly:
— the position of each of the specimens;
— the characteristic directions in which the semi-finished product has been worked (direction of
rolling, extrusion, etc., as appropriate);
— the marking of each of the specimens.
Specimens shall carry a unique identifying mark throughout their preparation. This may be applied
using any reliable method in an area not likely to disappear during machining or to adversely affect the
quality of the test.
Identification shall be applied to each end of the specimen before testing.
8.4 Surface conditions of specimen
The surface conditions of the specimens can affect the test results. This is generally associated with
one or more of the following factors:
— specimen surface roughness;
— presence of residual stresses;
— alteration in the microstructure of the material;
— introduction of contaminants.
To minimize the impact of these factors, the following is recommended.
The impact of surface roughness on the results obtained depends largely on the test conditions and its
effect is reduced by surface corrosion of the specimen or inelastic deformation.
It is preferable, whatever the test conditions, to achieve a mean surface roughness of less than 0,2 µm
Ra (or equivalent) within the parallel section. This includes both internal and external surfaces for a
tubular specimen.
Another important parameter not covered by mean roughness is the presence of localized machining
scratches. Finishing operations should eliminate all circumferential scratches produced during turning.
Final grinding followed by mechanical polishing is highly recommended. A visual inspection at low
magnification (approximately ×20) should only show polishing marks appropriate to the grade of the
final polishing medium.
It is preferable to carry out a final polishing operation after heat treatment. If this is not possible, the
heat treatment should be carried out in a vacuum or in inert gas to prevent oxidation of the specimen
surface. This treatment should not alter the microstructural characteristics of the material under study.
The details of the heat treatment and machining procedure shall be reported with the test results.
8.5 Dimensional checks
The dimensions should be measured on completion of the final machining stage using a method of
metrology which does not alter the surface condition.
8.6 Storage and handling
After preparation, the specimens should be stored so as to prevent any risk of damage (scratching
by contact, oxidation, etc.). If there is any damage on the surface of the specimen during storage, it
should be removed by repolishing the specimen. The use of individual boxes or tubes with end caps is
recommended. In certain cases, storage in a vacuum or in a desiccator is necessary.
Handling should be reduced to the minimum necessary. Particular attention shall be given to marking
of the specimen. Identification shall be applied to each end of the specimen before testing.
9 Apparatus
9.1 Testing machine
9.1.1 General
The tests shall be carried out on a testing machine having a clockwise/anticlockwise (counter-
clockwise) torsional loading capability, with smooth start and no backlash when passing through zero.
The test start settings shall allow the required level to be reached without any overload. The time frame
for reaching the required level should be as short as reasonably possible.
The machine should have adequate lateral and torsional stiffness and alignment.
The complete machine loading system (including torque cell, grips, and specimen) shall be capable of
controlling and measuring torque when the recommended wave cycle is applied. The specimen shall be
unconstrained in the axial direction to prevent extraneous forces being introduced.
The testing machine torque measuring system shall be verified statically using a suitable method of
c
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 1352
Troisième édition
2021-12
Matériaux métalliques — Essais
de fatigue par couple de torsion
commandé
Metallic materials — Torque-controlled fatigue testing
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations .3
5 Principe de l’essai . 4
6 Plan d’essai . 5
7 Forme et dimension de l’éprouvette . 5
7.1 Forme . 5
7.2 Dimensions . 7
7.2.1 Éprouvettes de section transversale circulaire . 7
7.2.2 Éprouvettes de section transversale annulaire . 8
8 Préparation des éprouvettes . 8
8.1 Généralités . 8
8.2 Mode opératoire d’usinage . 8
8.3 Échantillonnage et marquage . 9
8.4 État de surface de l’éprouvette . 9
8.5 Contrôles dimensionnels . 10
8.6 Stockage et manutention . 10
9 Appareillage .10
9.1 Machine d’essai . 10
9.1.1 Généralités . 10
9.1.2 Couplemètre . 11
9.1.3 Amarrage de l’éprouvette . 11
9.1.4 Contrôle d’alignement . 11
9.1.5 Force axiale . 12
9.2 Système de chauffage .12
9.3 Instruments de surveillance des essais . 13
9.3.1 Système d’enregistrement . 13
9.3.2 Compteur de cycles .13
9.3.3 Contrôle et vérification .13
10 Mode opératoire d’essai .13
10.1 Montage de l’éprouvette . 13
10.2 Fréquence d’essai .13
10.3 Chauffage pour l’essai à température élevée isotherme . 14
10.4 Application du couple . 14
10.5 Calcul de la contrainte nominale de torsion (cisaillement) . 14
10.6 Consignation de la température et de l’humidité . 14
10.7 Critère de rupture et fin de l’essai . 14
10.7.1 Rupture . 14
10.7.2 Fin de l’essai .15
11 Incertitude de mesure.15
12 Rapport d’essai .15
Annexe A (informative) Présentation des résultats .16
Annexe B (informative) Vérification de l’alignement des machines d’essai de fatigue en
torsion .20
Annexe C (informative) Mesurage de l’uniformité de l’état de déformation (contrainte) de
torsion .23
iii
Annexe D (informative) Estimation de l’incertitude de mesure .26
Bibliographie .28
iv
Avant-propos
L’ISO (Organization internationale de normalization) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalization (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 normalization 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 attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir 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’Organization mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 1352:2011), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— ajout de l’appareillage d’essai et du mode opératoire pour les essais à température élevée;
— ajout de l’estimation de l’incertitude de mesure.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalization de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 1352:2021(F)
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de
torsion commandé
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation d’essais de fatigue par torsion, à amplitude
constante et à contrainte nominalement élastique, sur des éprouvettes métalliques, sans introduire
délibérément des concentrations de contrainte. Les essais sont généralement réalisés à température
ambiante ou à une température élevée dans l’air en appliquant un couple pur sur l’éprouvette autour de
son axe longitudinal.
Même si la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale circulaire et
annulaire sont décrits dans le présent document, les essais de composants et autres types d’essais
spécialisés ne sont pas inclus. De même, les essais de fatigue oligocyclique en torsion réalisés avec un
contrôle de déplacement angulaire à amplitude constante, qui conduisent à une rupture au bout de
quelques milliers de cycles, sont également exclus.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 554:1976, Atmosphères normales de conditionnement et/ou d'essai. Spécifications
ISO 23788, Matériaux métalliques — Vérification de l'alignement axial des machines d'essai de fatigue
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalization, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
contrainte maximale
τ
max
valeur algébrique la plus élevée de la contrainte de cisaillement sur le diamètre extérieur dans un cycle
de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.2
contrainte minimale
τ
min
valeur algébrique la plus faible de la contrainte de cisaillement dans un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.3
contrainte moyenne
τ
m
composante statique de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l'article: Correspond à la moitié de la somme algébrique de la contrainte de cisaillement maximale et de
la contrainte de cisaillement minimale:
ττ+
maxmin
τ =
m
3.4
amplitude de contrainte
τ
a
composante variable de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l'article: Correspond à la moitié de la différence algébrique entre la contrainte de cisaillement maximale
et la contrainte de cisaillement minimale:
ττ−
maxmin
τ =
a
3.5
nombre de cycles
N
nombre de cycles appliqués à une étape quelconque pendant l’essai
3.6
rapport de contrainte
R
rapport algébrique de la contrainte de cisaillement minimale sur la contrainte de cisaillement maximale
dans un cycle
Note 1 à l'article: Il est exprimé par:
τ
min
R= .
τ
max
3.7
étendue de contrainte
Δτ
étendue entre les contraintes de cisaillement maximale et minimale
Note 1 à l'article: Elle est exprimée par:
Δτ =−ττ .
maxmin
3.8
durée de vie en fatigue à la rupture
N
f
nombre de cycles de contrainte jusqu’à la rupture dans une condition spécifiée
3.9
résistance à la fatigue à N cycles
τ
N
valeur de l’amplitude de contrainte (3.4) de cisaillement à un rapport de contrainte (3.6) établi, à laquelle
l’éprouvette présente une durée de vie de N cycles
3.10
couple
M
couple de torsion produisant une contrainte de cisaillement ou une déformation par torsion autour de
l’axe de l’éprouvette
Légende
X temps
Y contrainte
1 un cycle de contrainte
Figure 1 — Cycle de contrainte en fatigue
4 Symboles et abréviations
D diamètre ou distance entre méplats des têtes d’amarrage de l’éprouvette
NOTE 1 La valeur de D peut être différente à chaque extrémité de l’éprouvette.
d diamètre de l’éprouvette de section transversale circulaire
d diamètre extérieur de la section d’essai de l’éprouvette de section transversale annulaire
o
d diamètre intérieur de la section d’essai de l’éprouvette de section transversale annulaire
i
L distance axiale entre les jauges de déformation
g
L longueur calibrée
p
r rayon de raccordement de la transition aux extrémités de la section d’essai où commence la
transition de d à D (voir Figures 3 et 4)
NOTE 2 Cette courbe peut ne pas être un véritable arc de cercle sur toute la distance entre l’extrémité
de l’éprouvette et le début de l’extrémité élargie pour les éprouvettes des types illustrés à la
Figure 3.
t épaisseur de paroi dans la section d’essai de l’éprouvette tubulaire à paroi mince
T température spécifiée à laquelle il convient de réaliser l'essai
T température indiquée ou température mesurée à la surface de la longueur calibrée de l’éprouvette
i
ε déformation normale linéaire dans les directions 0° de la rosette de déformation à 45°
a
ε déformation normale linéaire dans les directions 45° de la rosette de déformation à 45°
b
ε déformation normale linéaire dans les directions 90° de la rosette de déformation à 45°
c
ε déformation circonférentielle
θθ
ε déformation longitudinale
zz
γ déformation par cisaillement
θz
5 Principe de l’essai
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d’essai de fatigue en torsion et
sont soumises à la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de torsion.
L’un quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 2 peut être utilisé. La forme
d’onde d’essai doit être sinusoïdale à amplitude constante, sauf spécification contraire.
Dans une éprouvette symétrique axialement, modifier le couple moyen n’introduit pas un type différent
de système de contrainte et la contrainte moyenne en torsion peut toujours être considérée comme de
signe positif.
Le couple est appliqué à l’éprouvette autour de l’axe longitudinal passant par le centroïde de la section
transversale.
L’essai se poursuit jusqu’à la rupture de l’éprouvette ou jusqu’à ce qu’un nombre prédéterminé de cycles
de contrainte ait été dépassé.
NOTE Généralement, les fissures produites par les essais de fatigue en torsion sont parallèles ou
orthogonales à l’axe longitudinal (contrainte de cisaillement) ou en hélice à environ ±45° de l’axe longitudinal
(contrainte principale).
Les essais réalisés à température ambiante doivent être effectués entre 10 °C et 35 °C, sauf accord
contraire avec le client.
Les résultats des essais de fatigue peuvent être affectés par les conditions atmosphériques et, lorsque
des conditions contrôlées sont requises, l’ISO 554:1976, 2.1 s’applique.
Légende
X temps
Y contrainte
1 alterné
2 fluctuant
Figure 2 — Types de contraintes cycliques
6 Plan d’essai
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l’objet d’un accord entre les parties
concernées et toute modification doit être convenue mutuellement:
a) la forme de l’éprouvette à utiliser (voir Article 7);
b) le(s) rapport(s) de contrainte à utiliser;
c) l’objectif des essais, c’est-à-dire lesquels des éléments suivants doivent être déterminés:
— la durée de vie en fatigue à une amplitude de contrainte spécifiée;
— la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles;
— une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète;
d) le nombre d’éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais;
e) le nombre de cycles auquel une éprouvette est soumise avant de mettre fin à l’essai.
[3]
NOTE 1 Certaines méthodes de présentation des données sont fournies dans l’Annexe A. Voir l’ISO 12107
pour les détails, notamment pour le mode opératoire d’analyse des données et la présentation statistique.
NOTE 2 Les nombres de cycles couramment utilisés pour mettre fin à l’essai sont:
— 10 cycles pour les aciers structurels; et
— 10 cycles pour les autres aciers et les alliages non ferreux.
7 Forme et dimension de l’éprouvette
7.1 Forme
En règle générale, il convient d’utiliser une éprouvette dont la section d’essai totalement usinée
correspond à l’un des types présentés aux Figures 3 et 4.
L’éprouvette peut être:
— de section transversale annulaire pleine, avec des congés se raccordant tangentiellement entre la
section d’essai et les extrémités (voir Figure 3); ou
— de section transversale annulaire, avec des congés se raccordant tangentiellement entre la section
d’essai et les extrémités sur la surface extérieure (voir Figure 4).
L’éprouvette en sablier n’est pas recommandée, car la fissure sous charges de torsion peut se propager
à 45° de l’axe de chargement.
Pour les éprouvettes tubulaires, le diamètre intérieur aux extrémités peut être supérieur ou égal à celui
de la section d’essai. Pour une éprouvette ayant un diamètre intérieur aux extrémités supérieur à celui
de la section d’essai, l’amorçage de la fissure ou la rupture hors de la section d’essai invalide l’essai, et
il convient de considérer cet essai comme un essai discontinu (arrêté) au bout du nombre de cycles
réalisé.
Les résultats de l’essai de fatigue déterminés à l’aide de l’éprouvette de section transversale annulaire
ne sont pas toujours comparables à ceux obtenus avec l’éprouvette de section transversale circulaire
pleine (en raison de l’absence ou de l’existence d’une contrainte élastique). Par conséquent, il convient
d’être prudent lors de la comparaison de la durée de vie en fatigue obtenue sur le même matériau à
partir d’éprouvettes ayant des sections transversales différentes.
Des extrémités d’éprouvette caractéristiques sont illustrées à la Figure 5. Il est recommandé de choisir
des extrémités qui répondent au critère d’alignement.
Figure 3 — Éprouvettes avec une section transversale circulaire
Figure 4 — Éprouvettes avec une section transversale annulaire
Figure 5 — Extrémités d’éprouvette caractéristiques
7.2 Dimensions
7.2.1 Éprouvettes de section transversale circulaire
Il est recommandé d’utiliser les dimensions géométriques données dans le Tableau 1 (voir aussi
Figure 3).
Tableau 1 — Dimensions pour les éprouvettes de section transversale circulaire
Diamètre de la longueur calibrée cylindrique, en
5 ≤ d ≤ 12
millimètres
Longueur calibrée L ≤ 5d
p
Rayon de raccordement (entre la section parallèle
r ≥ 3d
et la tête d’amarrage)
Diamètre extérieur (tête d’amarrage) D ≥ 2d
La tolérance sur d doit être de ±0,05 mm.
Pour calculer le couple de chargement appliqué, le diamètre réel de chaque éprouvette doit être mesuré
avec une précision de 0,01 mm. Il convient de veiller à ne pas endommager la surface lors du mesurage
de l’éprouvette avant les essais.
Il est important que les tolérances générales de l’éprouvette respectent les deux propriétés suivantes:
— parallélisme: 0,005d ou mieux;
— concentricité: 0,005d ou mieux.
Ces valeurs sont exprimées en relation avec l’axe ou le plan de référence.
7.2.2 Éprouvettes de section transversale annulaire
En général, les considérations applicables aux éprouvettes de section transversale circulaire
s’appliquent aussi aux essais réalisés sur des éprouvettes tubulaires.
L’épaisseur de paroi de l’éprouvette doit être suffisamment grande pour éviter les instabilités pendant
le chargement cyclique sans contrevenir au critère concernant le tube à parois minces, c’est-à-dire qu’un
rapport diamètre moyen sur épaisseur de paroi de 10:1 ou plus est requis.
Il est recommandé d’utiliser les dimensions géométriques données dans le Tableau 2 (voir aussi
Figure 4).
Tableau 2 — Dimensions pour les éprouvettes de section transversale annulaire
Épaisseur de paroi dans la section d’essai, t 0,05d à 0,1d
o o
Diamètre extérieur de la section d’essai d
o
Rayon de raccordement (entre la section parallèle
≥ 3d
o
et la tête d’amarrage), r
Longueur calibrée, L 1d à 3d
p o o
Diamètre extérieur (tête d’amarrage) D ≥ 1,5d
o
Il convient que la concentricité entre le diamètre extérieur, d , et le
o
diamètre intérieur, d , soit maintenue dans la limite de 0,01t.
i
8 Préparation des éprouvettes
8.1 Généralités
Dans un programme d’essai de fatigue destiné à caractériser les propriétés intrinsèques d’un matériau,
il est important d’observer les recommandations suivantes lors de la préparation des éprouvettes. La
dérogation à ces recommandations est autorisée si le programme d’essai vise à déterminer l’influence
d’un facteur particulier (traitement de surface, oxydation, etc.). Dans tous les cas, cette dérogation
doit être signalée dans le rapport d’essai. Il convient que les éprouvettes soient usinées à partir d’un
matériau normalement exempt de contraintes, sauf accord contraire avec le client.
8.2 Mode opératoire d’usinage
L’usinage des éprouvettes peut engendrer des contraintes résiduelles à la surface de l’éprouvette,
susceptibles d’avoir un impact sur les résultats d’essai. Ces contraintes peuvent être induites par
des gradients thermiques au stade de l’usinage — contraintes liées à la déformation du matériau, ou
à des altérations microstructurales. Toutefois, elles peuvent être réduites en utilisant une procédure
d’usinage final appropriée, en particulier avant le stade du polissage final. Pour les matériaux plus durs,
une rectification peut s’avérer préférable à l’utilisation d’un outil (tournage ou fraisage).
— Rectification: à partir de 0,1 mm du diamètre final, à une vitesse maximale de 0,005 mm/passe.
— Polissage: retirer les derniers 0,025 mm avec des papiers abrasifs de granulométrie décroissante. Il
est recommandé que le sens final de polissage soit selon la direction axiale de l’éprouvette.
— Pour les éprouvettes tubulaires, il convient que l’alésage soit finement usiné, de sorte que la finition
de surface sur la surface intérieure de l’alésage soit égale ou supérieur à la finition de surface sur la
[4]
surface cylindrique extérieure dans la section parallèle .
Le non-respect de cette consigne peut conduire à une altération de la microstructure du matériau. Ce
phénomène peut être provoqué par une augmentation de la température et par l’écrouissage induit par
l’usinage; il peut s’agir d’un changement de phase ou, plus fréquemment, d’une recristallisation de la
surface. Cela invalide l’essai, car les propriétés mécaniques du matériau sont modifiées.
Apport de produits contaminants: certains matériaux voient leurs propriétés mécaniques dégradées en
présence de certains éléments ou composés chimiques. Il s’agit, par exemple, de l’influence du chlore sur
les aciers et les alliages de titane. Il convient donc d’éviter la présence de ces éléments dans les produits
utilisés lors de la préparation des éprouvettes (fluides de coupe, etc.). Il est également recommandé de
rincer et de dégraisser les éprouvettes avant stockage.
8.3 Échantillonnage et marquage
L’échantillonnage des matériaux d’essai à partir d’un produit semi-fini ou d’un composant peut avoir
une influence majeure sur les résultats obtenus pendant l’essai. Il est donc nécessaire d’identifier
clairement l’emplacement et l’orientation de chaque éprouvette.
Un schéma d’échantillonnage, associé au rapport d’essai, doit clairement indiquer:
— la position de chacune des éprouvettes;
— les directions caractéristiques dans lesquelles le produit semi-fini a été usiné (sens du laminage,
extrusion, etc., selon le cas);
— le marquage de chacune des éprouvettes.
Les éprouvettes doivent porter une marque d’identification unique tout au long de leur préparation.
Elle peut être appliquée selon une méthode fiable dans une zone qui n’est pas susceptible de disparaître
pendant l’usinage ou d’avoir un impact négatif sur la qualité de l’essai.
L’identification doit être appliquée à chaque extrémité de l’éprouvette avant l’essai.
8.4 État de surface de l’éprouvette
L’état de surface de l’éprouvette peut affecter les résultats d’essai. Cet effet est en général associé à un
ou plusieurs des facteurs suivants:
— la rugosité de surface de l’éprouvette;
— la présence de contraintes résiduelles;
— la modification de la microstructure du matériau;
— l’apport de produits contaminants.
Pour réduire le plus possible l’impact de ces facteurs, ce qui suit est recommandé.
L’impact de la rugosité de surface sur les résultats obtenus dépend largement des conditions d’essai, et
son effet est réduit par la corrosion de surface de l’éprouvette ou la déformation non élastique.
Quelles que soient les conditions d’essai, il est préférable d’obtenir une rugosité de surface moyenne Ra
inférieure à 0,2 µm (ou équivalente) dans la section parallèle. Cela inclut à la fois les surfaces intérieures
et extérieures pour une éprouvette tubulaire.
Un autre paramètre important non couvert par la rugosité moyenne est la présence de rayures d’usinage
localisées. Il convient que les opérations de finition éliminent toutes les rayures circonférentielles
engendrées lors du tournage. Une rectification finale suivie d’un polissage mécanique est vivement
recommandée. Il convient qu’un contrôle visuel à faible grossissement (environ × 20) ne montre que des
marques de polissage appropriées pour la qualité du moyen de polissage final.
Il est préférable de réaliser une opération de polissage final après traitement thermique. Si cela s’avère
impossible, il convient de procéder au traitement thermique sous vide ou sous gaz inerte pour éviter
l’oxydation de la surface de l’éprouvette. Il convient que ce traitement ne modifie pas les caractéristiques
microstructurales du matériau à l’étude. Les détails du traitement thermique et la procédure d’usinage
doivent être consignés avec les résultats d’essai.
8.5 Contrôles dimensionnels
Il convient que les dimensions soient mesurées à l’issue de l’usinage final selon une méthode de
métrologie qui ne modifie pas l’état de surface.
8.6 Stockage et manutention
Après préparation, il convient de stocker les éprouvettes de manière à éviter tout risque de dommage
(rayure par contact, oxydation, etc.). En cas d’endommagement de la surface de l’éprouvette pendant
le stockage, il convient d’y remédier en polissant à nouveau l’éprouvette. L’utilisation de boîtiers
individuels ou de tubes munis de capuchons est recommandée. Dans certains cas, le stockage sous vide
ou dans un dessiccateur est nécessaire.
Il convient de réduire la manutention au minimum nécessaire. Le marquage de l’éprouvette doit
faire l’objet d’une attention particulière. L’identification doit être appliquée à chaque extrémité de
l’éprouvette avant l’essai.
9 Appareillage
9.1 Machine d’essai
9.1.1 Généralités
Les essais doivent être effectués sur une machine d’essai munie d’un système de chargement par
torsion dans le sens horaire/antihoraire, conçue pour démarrer sans à-coup et sans jeu mécanique lors
du passage à zéro. Les réglages de démarrage de l’essai doivent permettre d’atteindre le niveau requis
sans aucune surcharge. Il convient que le temps mis pour atteindre le niveau requis soit aussi court que
raisonnablement possible.
Il convient que la machine ait une rigidité en torsion et latérale et un alignement adéquats.
L’ensemble machine-système de chargement (y compris le couplemètre, les têtes d’amarrage et
l’éprouvette) doit pouvoir contrôler et mesurer le couple lorsque le chargement cyclique recommandé
est appliqué. L’éprouvette doit être non contrainte dans la direction axiale pour éviter d’introduire des
forces parasites.
Le système de mesure du couple de la machine d’essai doit être vérifié de manière statique en utilisant
une méthode d’étalonnage adaptée et doit être raccordé à des étalons nationaux certifiés.
Il est important de reconnaître l’effet potentiel des erreurs dynamiques introduites par la masse
inertielle entre le couplemètre et l’éprouvette. Les erreurs de couple d’inertie, exprimées en
pourcentage de l’étendue de couples, peuvent varier avec la fréquence et sont fortement influencées par
[1,2]
la complaisance de l’éprouvette. Pour plus de détails, voir l’ISO 4965-1 et l’ISO 4965-2 qui, bien que
destinées aux essais de fatigue axiale, fournissent des principes également applicables aux essais de
fatigue en torsion.
La machine doit être équipée d’un système de comptage des cycles présentant une précision de 1 % et
d’un système d’arrêt automatique au moment de la rupture de l’éprouvette.
9.1.2 Couplemètre
Le couplemètre doit être adapté à la fatigue. Le couple indiqué enregistré à la sortie de l’ordinateur
dans un système automatisé ou du dispositif d’enregistrement de résultat final dans un système non
automatisé doit être dans les limites spécifiées. La capacité du couplemètre doit être suffisante pour
couvrir l’étendue des couples mesurés lors d’un essai avec une erreur de mesure de 1 % de la lecture
ou meilleure. Le couplemètre doit être compensé en température et il convient qu’il ne présente aucune
dérive du zéro supérieure à 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius. Il convient que la variation de
sensibilité ne soit pas supérieure à 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius.
Le couplemètre doit être étalonné au moins une fois par an.
9.1.3 Amarrage de l’éprouvette
Le système d’amarrage doit transmettre les couples cycliques à l’éprouvette sans jeu mécanique le long
de sa direction circonférentielle pendant la durée de l’essai. Les qualités géométriques du dispositif
doivent permettre un alignement correct conformément aux exigences en 9.1.4.
Le système d’amarrage doit permettre un assemblage répétable et doit avoir des surfaces qui
permettent un alignement de l’éprouvette. Il doit aussi permettre la transmission du couple alterné
sans jeu mécanique pendant toute la durée de l’essai.
[9]
NOTE Le système d’amarrage (par exemple, pince, mandrin, tige, cale et amarrages de Morrison ) peut être
choisi en fonction des extrémités de l’éprouvette (voir Figures 5 et 6) et du type de machine d’essai.
Légende
1 éprouvette
2 billes standards
3 rouleaux standards
4 couple obtenu
5 couple appliqué
[8]
Figure 6 — Exemple d'amarrage de torsion de Morrison
9.1.4 Contrôle d’alignement
Il est important d’obtenir la répartition des contraintes la plus uniforme possible pour chaque essai de
fatigue. L’alignement axial de la machine d’essai à la fois pour les machines de fatigue axiale et pour les
machines de fatigue en torsion doit être mesuré à l’aide de l’ISO 23788. La vérification de l’alignement
doit être effectuée à chaque modification apportée au système de mise en charge.
NOTE 1 L’Annexe B décrit brièvement la méthode de contrôle d’alignement.
En outre, il est important de documenter la répartition des contraintes appliquées dans la section
d’essai de l’éprouvette de fatigue. Cette uniformité des contraintes appliquées est contrôlée à la fois par
la machine d’essai et l’éprouvette.
NOTE 2 L’Annexe C décrit un mode opératoire pour mesurer et documenter l’uniformité des contraintes
appliquées pour les essais de torsion.
L’uniformité des contraintes peut être contrôlée avant chaque série d’essais ou chaque fois qu’une
modification est apportée au système de mise en charge.
9.1.5 Force axiale
Pour les essais de torsion, la force axiale exercée sur l’éprouvette doit être contrôlée pour permettre que
l’amplitude de la contrainte axiale soit inférieure à 1 % de l’amplitude de la contrainte de cisaillement
cyclique maximale.
NOTE La contrainte axiale peut être calculée ou estimée lors du mode opératoire de vérification de
l’alignement.
9.2 Système de chauffage
Pour les essais à température élevée, le système de chauffage doit être capable de chauffer l’éprouvette
à la température, T, spécifiée dans le programme d’essai.
Un four électrique, un système de chauffage à induction ou un dispositif équivalent peut être utilisé
pour le système de chauffage.
Les écarts autorisés entre la température spécifiée T et la température indiquée T ainsi que la variation
i
de température maximale admissible le long de la longueur calibrée de l’éprouvette sont donnés dans le
Tableau 3.
Tableau 3 — Écarts admissibles entre T et T et variation de température maximale admissible
i
le long de la longueur calibrée de l’éprouvette
Écarts admissibles entre T et T Variation de température
i
Température spéci- maximale admissible le long
°C
fiée T de la longueur calibrée de
l’éprouvette
°C
°C
T ≤ 600 ±3 3
600 < T ≤ 800 ±4 4
800 < T ≤ 1 000 ±5 5
1 000 < T ≤ 1 100 ±6 6
Pour le four électrique, afin de réduire le plus possible le gradient de température le long de la section
d’essai de l’éprouvette, il est recommandé d’utiliser un contrôle à trois zones.
La température de l’éprouvette peut être mesurée à l’aide de thermocouples, de pyromètres, de capteurs
de température à résistance ou autres dispositifs de mesure de température.
Pour les thermocouples, il est recommandé de mettre en contact le thermocouple directement avec
l’éprouvette sans causer d’amorce de rupture au point de contact. Un contact direct peut être obtenu
par soudage par points par résistance; il convient que ce soudage soit réalisé en dehors de la longueur
calibrée et en attachant ou en appuyant un thermocouple gainé contre la surface de l’éprouvette.
Il est recommandé de mesurer la température de l’éprouvette à l’aide de trois thermocouples ou
par d’autres dispositifs appropriés, un à chaque extrémité et un au milieu de la longueur calibrée de
l’éprouvette.
La résolution de l’indicateur de température doit être d’au moins 0,5 °C et l’indicateur de mesure de la
température doit avoir une erreur de mesure maximale de 1 °C.
9.3 Instruments de surveillance des essais
9.3.1 Système d’enregistrement
Les systèmes de collecte de données informatisés doivent avoir des vitesses de collecte suffisantes pour
respecter cette exigence; les systèmes de collecte de données non informatisés peuvent nécessiter un
enregistreur ou un dispositif de stockage rapide qui peut ensuite être lu à une vitesse plus lente pour
déterminer l’amplitude du couple au niveau du pic et de la vallée pour chaque cycle.
9.3.2 Compteur de cycles
Un compteur de cycles est essentiel pour consigner le nombre de cycles; il doit s’arrêter automatiquement
à la rupture de l’éprouvette.
9.3.3 Contrôle et vérification
Il convient de vérifier le bon fonctionnement de la machine d’essai et de ses systèmes de contrôle et
de mesure une fois par an ou plus fréquemment si nécessaire. L’intervalle entre les vérifications ne
doit pas dépasser 13 mois, excepté pour les machines d’essai utilisées pour des essais à long terme qui
dépassent cette période, auquel cas la machine d’essai doit être vérifiée à la fin de l’essai.
En particulier, chaque capteur et ses éléments électroniques connexes doivent toujours être contrôlés
comme une unité.
Le ou les systèmes de mesure du couple doivent être raccordés à des étalons nationaux.
10 Mode opératoire d’essai
10.1 Montage de l’éprouvette
Il convient de veiller à ce que chaque éprouvette soit placée dans les têtes d’amarrage entraînées
et fixes (en haut et en bas, à gauche et à droite) de sorte que l’axe de l’éprouvette se situe le long de
l’axe de torsion de la machine d’essai et de manière à imposer la répartition prévue des contraintes
dans l’éprouvette. Il convient également de veiller à ce qu’aucune contrainte axiale (ou une contrainte
minimale) ne soit appliquée sur l’éprouvette pendant son montage sur la machine d’essai.
10.2 Fréquence d’essai
La fréquence des cycles de couple dépend du type de machine d’essai utilisée et des exigences du
programme d’essai. La fréquence choisie doit être adaptée à la combinaison particulière du matériau,
de l’éprouvette et de la machine d’essai.
À hautes fréquences, un échauffement non négligeable de l’éprouvette peut se produire et peut avoir
un impact sur le résultat d’essai en termes de durée de vie en fatigue et de résistance. Dans de tels
cas, il est conseillé d’enregistrer l’augmentation de température et de l’indiquer dans le rapport d’essai.
Si le programme d’essai le permet, il convient de réduire la fréquence d’essai si l’augmentation de la
température de l’éprouvette est excessive pour le matériau.
NOTE Si l’environnement a un impact important, le résultat d’essai est susceptible de dépendre de la
fréquence.
10.3 Chauffage pour l’essai à température élevée isotherme
Pour un essai à température élevée isotherme, l’éprouvette doit être chauffée à la température spécifiée
et doit être stabilisée pendant environ une demi-heure ou plus pour atteindre le régime permanent
avant le début de l’essai. Tout au long de l’essai, il convient de maintenir la température d’essai à un
écart et un gradient admissibles le long de la section d’essai de l’éprouvette (voir 9.2).
En cas d’excursion de la température hors des limites spécifiées, il convient d’inclure ces valeurs de
température dans le rapport d’essai.
Tout au long de l’essai, il convient de réduire le plus possible la force axiale qui peut être induite
thermiquement.
10.4 Application du couple
La procédure générale permettant d’atteindre le couple maximal doit être la même pour chaque
éprouvette. Le couple moyen et l’étendue du couple doivent être maintenus dans les limites de ±1 % de
l’étendue du couple.
10.5 Calcul de la contrainte nominale de torsion (cisaillement)
La contrainte de torsion (cisaillement), τ, résulte du couple, M, appliqué aux éprouvettes de sections
transversales circulaire et annulaire. La contrainte de torsion est toujours maximale sur le diamètre
extérieur de la section d’essai. Dans des conditions de chargement élastique, la contrainte nominale de
torsion varie linéairement de zéro à l’axe de torsion jusqu’à un maximum sur le diamètre extérieur
...
ISO 1352:2021(F)
ISO TC 164/SC 4
Date: 2023Troisième édition
2021-12-23
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de torsion
commandé
Metallic materials — Torque-controlled fatigue testing
ISO 1352:2021(F)
© ISO 2021
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d’autorisation peuventUne autorisation peut être adresséesdemandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité
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ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
ii
ISO 1352:2021(F)
Sommaire Page
Avant-propos . vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 4
5 Principe de l’essai . 5
6 Plan d’essai . 6
7 Forme et dimension de l’éprouvette . 6
7.1 Forme . 6
7.2 Dimensions . 8
7.2.1 Éprouvettes de section transversale circulaire . 8
7.2.2 Éprouvettes de section transversale annulaire . 9
8 Préparation des éprouvettes . 9
8.1 Généralités . 9
8.2 Mode opératoire d’usinage . 9
8.3 Échantillonnage et marquage . 10
8.4 État de surface de l’éprouvette . 10
8.5 Contrôles dimensionnels . 11
8.6 Stockage et manutention . 11
9 Appareillage . 11
9.1 Machine d’essai . 11
9.1.1 Généralités . 11
9.1.2 Couplemètre . 12
9.1.3 Amarrage de l’éprouvette . 12
9.1.4 Contrôle d’alignement . 13
9.1.5 Force axiale . 13
9.2 Système de chauffage . 13
9.3 Instruments de surveillance des essais . 14
9.3.1 Système d’enregistrement . 14
9.3.2 Compteur de cycles . 14
9.3.3 Contrôle et vérification . 14
10 Mode opératoire d’essai . 15
10.1 Montage de l’éprouvette . 15
10.2 Fréquence d’essai . 15
10.3 Chauffage pour l’essai à température élevée isotherme . 15
iii
ISO 1352:2021(F)
10.4 Application du couple. 15
10.5 Calcul de la contrainte nominale de torsion (cisaillement) . 15
10.6 Consignation de la température et de l’humidité . 16
10.7 Critère de rupture et fin de l’essai. 16
10.7.1 Rupture . 16
10.7.2 Fin de l’essai . 16
11 Incertitude de mesure . 16
12 Rapport d’essai. 17
Annex A (informative) Présentation des résultats . 18
A.1 Généralités . 18
A.2 Courbe de Wöhler ou courbe S-N . 18
A.3 Diagrammes de contrainte moyenne . 18
Annex B (informative) Vérification de l’alignement des machines d’essai de fatigue en torsion . 22
Annex C (informative) Mesurage de l’uniformité de l’état de déformation (contrainte) de torsion . 25
Annex D (informative) Estimation de l’incertitude de mesure . 28
D.1 Généralités . 28
D.2 Lignes directrices pour l’évaluation de l’incertitude dans les essais par contrainte de torsion
commandée . 28
Bibliographie . 30
Avant-propos 6
1 Domaine d’application 1
2 Références normatives 1
3 Termes et définitions 1
4 Symboles et abréviations 3
5 Principe de l’essai 4
6 Plan d’essai 5
7 Forme et dimension de l’éprouvette 6
7.1 Forme 6
7.2 Dimensions 7
7.2.1 Éprouvettes de section transversale circulaire 7
7.2.2 Éprouvettes de section transversale annulaire 8
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iv
ISO 1352:2021(F)
8 Préparation des éprouvettes 8
8.1 Généralités 8
8.2 Mode opératoire d’usinage 8
8.3 Échantillonnage et marquage 9
8.4 État de surface de l’éprouvette 9
8.5 Contrôles dimensionnels 10
8.6 Stockage et manutention 10
9 Appareillage 10
9.1 Machine d’essai 10
9.1.1 Généralités 10
9.1.2 Couplemètre 11
9.1.3 Amarrage de l’éprouvette 11
9.1.4 Contrôle d’alignement 11
9.1.5 Force axiale 12
9.2 Système de chauffage 12
9.3 Instruments de surveillance des essais 13
9.3.1 Système d’enregistrement 13
9.3.2 Compteur de cycles 13
9.3.3 Contrôle et vérification 13
10 Mode opératoire d’essai 13
10.1 Montage de l’éprouvette 13
10.2 Fréquence d’essai 13
10.3 Chauffage pour l’essai à température élevée isotherme 13
10.4 Application du couple 14
10.5 Calcul de la contrainte nominale de torsion (cisaillement) 14
10.6 Consignation de la température et de l’humidité 14
10.7 Critère de rupture et fin de l’essai 14
10.7.1 Rupture 14
10.7.2 Fin de l’essai 15
11 Incertitude de mesure 15
12 Rapport d’essai 15
Annexe A (informative) Présentation des résultats 16
Annexe B (informative) Vérification de l’alignement des machines d’essai de fatigue en torsion 19
Annexe C (informative) Mesurage de l’uniformité de l’état de déformation (contrainte) de torsion 21
Annexe D (informative) Estimation de l’incertitude de mesure 24
Bibliographie 26
v
ISO 1352:2021(F)
Avant-propos
L’ISO (Organization internationale de normalization) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalization (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
normalization électrotechnique.
Les procédures utilizéesutilisées 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/directiveswww.iso.org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilizateursutilisateurs 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’Organization mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-
propos.htmlwww.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 1352:2011), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— — ajout de l’appareillage d’essai et du mode opératoire pour les essais à température élevée;
— — ajout de l’estimation de l’incertitude de mesure.
Il convient que l’utilizateurl’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant
le présent document à l’organisme national de normalization de son pays. Une liste exhaustive desdits
organismes se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.htmlwww.iso.org/fr/members.html.
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vi
NORME INTERNATIONALE ISO 1352:2021(F)
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de torsion
commandé
Matériaux métalliques — Essais de fatigue par couple de torsion
commandé
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation d’essais de fatigue par torsion, à amplitude
constante et à contrainte nominalement élastique, sur des éprouvettes métalliques, sans introduire
délibérément des concentrations de contrainte. Les essais sont généralement réalisés à température
ambiante ou à une température élevée dans l’air en appliquant un couple pur sur l’éprouvette autour de
son axe longitudinal.
Même si la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale circulaire et
annulaire sont décrits dans le présent document, les essais de composants et autres types d’essais
spécialisés ne sont pas inclus. De même, les essais de fatigue oligocyclique en torsion réalisés avec un
contrôle de déplacement angulaire à amplitude constante, qui conduisent à une rupture au bout de
quelques milliers de cycles, sont également exclus.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 554:1976, Atmosphères normales de conditionnement et/ou d'essai. Spécifications
ISO 23788, Matériaux métalliques — Vérification de l'alignement axial des machines d'essai de
fatigue
ISO 554:1976, Atmosphères normales de conditionnement et/ou d'essai. Spécifications
ISO 23788, Matériaux métalliques — Vérification de l'alignement axial des machines d'essai de fatigue
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilizéesutilisées en
normalization, consultables aux adresses suivantes:
— — ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse
https://www.iso.org/obphttps://www.iso.org/obp
— — IEC Electropedia: disponible à l’adresse
https://www.electropedia.org/https://www.electropedia.org/
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3.1
contrainte maximale
τ
max
valeur algébrique la plus élevée de la contrainte de cisaillement sur le diamètre extérieur dans un cycle
de contrainte
Note 1 à l’article: l'article: Voir Figure 1.Figure 1.
3.2
contrainte minimale
τ
min
valeur algébrique la plus faible de la contrainte de cisaillement dans un cycle de contrainte
Note 1 à l’article: l'article: Voir Figure 1.Figure 1.
3.3
contrainte moyenne
τ
m
composante statique de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l’article: l'article: Correspond à la moitié de la somme algébrique de la contrainte de cisaillement maximale
et de la contrainte de cisaillement minimale:
ττ+
max min
τ =
m
𝜏𝜏 +𝜏𝜏
max min
𝜏𝜏 =
m
3.4
amplitude de contrainte
τ
a
composante variable de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l’article: l'article: Correspond à la moitié de la différence algébrique entre la contrainte de cisaillement
maximale et la contrainte de cisaillement minimale:
ττ−
max min
τ =
a
𝜏𝜏 −𝜏𝜏
max min
𝜏𝜏 =
a
3.5
nombre de cycles
N
nombre de cycles appliqués à une étape quelconque pendant l’essai
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ISO 1352:2021(F)
3.6
rapport de contrainte
R
rapport algébrique de la contrainte de cisaillement minimale sur la contrainte de cisaillement maximale
dans un cycle
Note 1 à l’article: à l'article: Il est exprimé par:
τ
min
.
R=
τ
max
𝜏𝜏
min
𝑅𝑅 = .
𝜏𝜏
max
3.7
étendue de contrainte
Δτ
étendue entre les contraintes de cisaillement maximale et minimale
Note 1 à l’article: à l'article: Elle est exprimée par:
∆τ τ −τ .
max min
𝛥𝛥𝜏𝜏 =𝜏𝜏 −𝜏𝜏 .
max min
3.8
durée de vie en fatigue à la rupture
N
f
nombre de cycles de contrainte jusqu’à la rupture dans une condition spécifiée
3.9
résistance à la fatigue à N cycles
τN
valeur de l’amplitude de contrainte (3.4)(3.4) de cisaillement à un rapport de contrainte (3.6)(3.6) établi,
à laquelle l’éprouvette présente une durée de vie de N cycles
3.10
couple
M
couple de torsion produisant une contrainte de cisaillement ou une déformation par torsion autour de
l’axe de l’éprouvette
1352_ed3fig1.EPS
=
ISO 1352:2021(F)
Légende
X temps
Y contrainte
1 un cycle de contrainte
Figure 1 — Cycle de contrainte en fatigue
4 Symboles et abréviations
D diamètre ou distance entre méplats des têtes d’amarrage de l’éprouvette
NOTE 1 La valeur de D peut être différente à chaque extrémité de l’éprouvette.
d diamètre de l’éprouvette de section transversale circulaire
d diamètre extérieur de la section d’essai de l’éprouvette de section transversale annulaire
o
d diamètre intérieur de la section d’essai de l’éprouvette de section transversale annulaire
i
L distance axiale entre les jauges de déformation
g
L longueur calibrée
p
r rayon de raccordement de la transition aux extrémités de la section d’essai où commence la
transition de d à D (voir Figures 3 et 4)Figures 3 et 4)
NOTE 2 Cette courbe peut ne pas être un véritable arc de cercle sur toute la distance entre l’extrémité
de l’éprouvette et le début de l’extrémité élargie pour les éprouvettes des types illustrés à la
Figure 3.Figure 3.
t épaisseur de paroi dans la section d’essai de l’éprouvette tubulaire à paroi mince
T température spécifiée à laquelle il convient de réaliser l'essai
T température indiquée ou température mesurée à la surface de la longueur calibrée de
i
l’éprouvette
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ISO 1352:2021(F)
ε déformation normale linéaire dans les directions 0° de la rosette de déformation à 45°
a
ε déformation normale linéaire dans les directions 45° de la rosette de déformation à 45°
b
ε déformation normale linéaire dans les directions 90° de la rosette de déformation à 45°
c
ε déformation circonférentielle
θθ
ε déformation longitudinale
zz
γ déformation par cisaillement
θz
5 Principe de l’essai
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d’essai de fatigue en torsion et
sont soumises à la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de torsion.
L’un quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 2Figure 2 peut être utilizéutilisé.
La forme d’onde d’essai doit être sinusoïdale à amplitude constante, sauf spécification contraire.
Dans une éprouvette symétrique axialement, modifier le couple moyen n’introduit pas un type différent
de système de contrainte et la contrainte moyenne en torsion peut toujours être considérée comme de
signe positif.
Le couple est appliqué à l’éprouvette autour de l’axe longitudinal passant par le centroïde de la section
transversale.
L’essai se poursuit jusqu’à la rupture de l’éprouvette ou jusqu’à ce qu’un nombre prédéterminé de cycles
de contrainte ait été dépassé.
NOTE Généralement, les fissures produites par les essais de fatigue en torsion sont parallèles ou orthogonales
à l’axe longitudinal (contrainte de cisaillement) ou en hélice à environ ±45° de l’axe longitudinal (contrainte
principale).
Les essais réalisés à température ambiante doivent être effectués entre 10 °C et 35 °C, sauf accord
contraire avec le client.
Les résultats des essais de fatigue peuvent être affectés par les conditions atmosphériques et, lorsque des
conditions contrôlées sont requises, l’ISO 554:1976, 2.1 s’applique.
1352_ed3fig2.EPS
Légende
X temps
Y contrainte
ISO 1352:2021(F)
1 alterné
2 fluctuant
Figure 2 — Types de contraintes cycliques
6 Plan d’essai
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l’objet d’un accord entre les parties
concernées et toute modification doit être convenue mutuellement:
a) a) la forme de l’éprouvette à utilizerutiliser (voir Article 7);Article 7);
b) b) le(s) rapport(s) de contrainte à utilizerutiliser;
c) c) l’objectif des essais, c’est-à-dire lesquels des éléments suivants doivent être déterminés:
— — la durée de vie en fatigue à une amplitude de contrainte spécifiée;
— — la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles;
— — une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète;
d) d) le nombre d’éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais;
e) e) le nombre de cycles auquel une éprouvette est soumise avant de mettre fin à l’essai.
NOTE 1 Certaines méthodes de présentation des données sont fournies dans l’Annexe A.l’Annexe A. Voir
[3][3]
l’ISO 12107 pour les détails, notamment pour le mode opératoire d’analyse des données et la présentation
statistique.
NOTE 2 Les nombres de cycles couramment utilizésutilisés pour mettre fin à l’essai sont:
— — 10 cycles pour les aciers structurels; et
— — 10 cycles pour les autres aciers et les alliages non ferreux.
7 Forme et dimension de l’éprouvette
7.1 Forme
En règle générale, il convient d’utilizerd’utiliser une éprouvette dont la section d’essai totalement usinée
correspond à l’un des types présentés aux Figures 3 et 4.Figures 3 et 4.
L’éprouvette peut être:
— — de section transversale annulaire pleine, avec des congés se raccordant tangentiellement entre la
section d’essai et les extrémités (voir Figure 3);Figure 3); ou
— — de section transversale annulaire, avec des congés se raccordant tangentiellement entre la section
d’essai et les extrémités sur la surface extérieure (voir Figure 4).Figure 4).
L’éprouvette en sablier n’est pas recommandée, car la fissure sous charges de torsion peut se propager à
45° de l’axe de chargement.
6 © ISO 2021 – Tous droits réservés
ISO 1352:2021(F)
Pour les éprouvettes tubulaires, le diamètre intérieur aux extrémités peut être supérieur ou égal à celui
de la section d’essai. Pour une éprouvette ayant un diamètre intérieur aux extrémités supérieur à celui
de la section d’essai, l’amorçage de la fissure ou la rupture hors de la section d’essai invalide l’essai, et il
convient de considérer cet essai comme un essai discontinu (arrêté) au bout du nombre de cycles réalisé.
Les résultats de l’essai de fatigue déterminés à l’aide de l’éprouvette de section transversale annulaire ne
sont pas toujours comparables à ceux obtenus avec l’éprouvette de section transversale circulaire pleine
(en raison de l’absence ou de l’existence d’une contrainte élastique). Par conséquent, il convient d’être
prudent lors de la comparaison de la durée de vie en fatigue obtenue sur le même matériau à partir
d’éprouvettes ayant des sections transversales différentes.
Des extrémités d’éprouvette caractéristiques sont illustrées à la Figure 5.Figure 5. Il est recommandé de
choisir des extrémités qui répondent au critère d’alignement.
1352_ed3fig3.EPS
Figure 3 — Éprouvettes avec une section transversale circulaire
1352_ed3fig4.EPS
Figure 4 — Éprouvettes avec une section transversale annulaire
1352_ed3fig5.EPS
ISO 1352:2021(F)
Figure 5 — Extrémités d’éprouvette caractéristiques
7.2 Dimensions
7.2.1 Éprouvettes de section transversale circulaire
Il est recommandé d’utilizerd’utiliser les dimensions géométriques données dans le Tableau 1Tableau 1
(voir aussi Figure 3).Figure 3).
Tableau 1 — Dimensions pour les éprouvettes de section transversale circulaire
Diamètre de la longueur calibrée cylindrique, en
5 ≤ d ≤ 12
millimètres
Longueur calibrée Lp ≤ 5d
Rayon de raccordement (entre la section
r ≥ 3d
parallèle et la tête d’amarrage)
Diamètre extérieur (tête d’amarrage) D ≥ 2d
8 © ISO 2021 – Tous droits réservés
ISO 1352:2021(F)
La tolérance sur d doit être de ±0,05 mm.
Pour calculer le couple de chargement appliqué, le diamètre réel de chaque éprouvette doit être mesuré
avec une précision de 0,01 mm. Il convient de veiller à ne pas endommager la surface lors du mesurage
de l’éprouvette avant les essais.
Il est important que les tolérances générales de l’éprouvette respectent les deux propriétés suivantes:
— — parallélisme: 0,005d ou mieux;
— — concentricité: 0,005d ou mieux.
Ces valeurs sont exprimées en relation avec l’axe ou le plan de référence.
7.2.2 Éprouvettes de section transversale annulaire
En général, les considérations applicables aux éprouvettes de section transversale circulaire s’appliquent
aussi aux essais réalisés sur des éprouvettes tubulaires.
L’épaisseur de paroi de l’éprouvette doit être suffisamment grande pour éviter les instabilités pendant le
chargement cyclique sans contrevenir au critère concernant le tube à parois minces, c’est-à-dire qu’un
rapport diamètre moyen sur épaisseur de paroi de 10:1 ou plus est requis.
Il est recommandé d’utilizerd’utiliser les dimensions géométriques données dans le Tableau 2Tableau 2
(voir aussi Figure 4).Figure 4).
Tableau 2 — Dimensions pour les éprouvettes de section transversale annulaire
Épaisseur de paroi dans la section d’essai, t 0,05do à 0,1do
Diamètre extérieur de la section d’essai do
Rayon de raccordement (entre la section
≥ 3d
o
parallèle et la tête d’amarrage), r
Longueur calibrée, Lp 1do à 3do
Diamètre extérieur (tête d’amarrage) D ≥ 1,5d
o
Il convient que la concentricité entre le diamètre extérieur, do, et le
diamètre intérieur, d , soit maintenue dans la limite de 0,01t.
i
8 Préparation des éprouvettes
8.1 Généralités
Dans un programme d’essai de fatigue destiné à caractériser les propriétés intrinsèques d’un matériau, il
est important d’observer les recommandations suivantes lors de la préparation des éprouvettes. La
dérogation à ces recommandations est autorisée si le programme d’essai vise à déterminer l’influence
d’un facteur particulier (traitement de surface, oxydation, etc.). Dans tous les cas, cette dérogation doit
être signalée dans le rapport d’essai. Il convient que les éprouvettes soient usinées à partir d’un matériau
normalement exempt de contraintes, sauf accord contraire avec le client.
8.2 Mode opératoire d’usinage
L’usinage des éprouvettes peut engendrer des contraintes résiduelles à la surface de l’éprouvette,
susceptibles d’avoir un impact sur les résultats d’essai. Ces contraintes peuvent être induites par des
gradients thermiques au stade de l’usinage — contraintes liées à la déformation du matériau, ou à des
ISO 1352:2021(F)
altérations microstructurales. Toutefois, elles peuvent être réduites en utilizantutilisant une procédure
d’usinage final appropriée, en particulier avant le stade du polissage final. Pour les matériaux plus durs,
une rectification peut s’avérer préférable à l’utilizationl’utilisation d’un outil (tournage ou fraisage).
— — Rectification: à partir de 0,1 mm du diamètre final, à une vitesse maximale de 0,005 mm/passe.
— — Polissage: retirer les derniers 0,025 mm avec des papiers abrasifs de granulométrie décroissante.
Il est recommandé que le sens final de polissage soit selon la direction axiale de l’éprouvette.
— — Pour les éprouvettes tubulaires, il convient que l’alésage soit être finement usiné, de sorte que la
finition de surface sur la surface intérieure de l’alésage soit égale ou supérieur à la finition de surface
[4] [4]
sur la surface cylindrique extérieure dans la section parallèle . .
Le non-respect de cette consigne peut conduire à une altération de la microstructure du matériau. Ce
phénomène peut être provoqué par une augmentation de la température et par l’écrouissage induit par
l’usinage.; il peut s’agir d’un changement de phase ou, plus fréquemment, d’une recristallisation de la
surface. Cela invalide l’essai, car les propriétés mécaniques du matériau sont modifiées.
Apport de produits contaminants: certains matériaux voient leurs propriétés mécaniques dégradées en
présence de certains éléments ou composés chimiques. Il s’agit, par exemple, de l’influence du chlore sur
les aciers et les alliages de titane. Il convient donc d’éviter la présence de ces éléments dans les produits
utilizésutilisés lors de la préparation des éprouvettes (fluides de coupe, etc.). Il est également
recommandé de rincer et de dégraisser les éprouvettes avant stockage.
8.3 Échantillonnage et marquage
L’échantillonnage des matériaux d’essai à partir d’un produit semi-fini ou d’un composant peut avoir une
influence majeure sur les résultats obtenus pendant l’essai. Il est donc nécessaire d’identifier clairement
l’emplacement et l’orientation de chaque éprouvette.
Un schéma d’échantillonnage, associé au rapport d’essai, doit clairement indiquer:
— — la position de chacune des éprouvettes;
— — les directions caractéristiques dans lesquelles le produit semi-fini a été usiné (sens du laminage,
extrusion, etc., selon le cas);
— — le marquage de chacune des éprouvettes.
Les éprouvettes doivent porter une marque d’identification unique tout au long de leur préparation. Elle
peut être appliquée selon une méthode fiable dans une zone qui n’est pas susceptible de disparaître
pendant l’usinage ou d’avoir un impact négatif sur la qualité de l’essai.
L’identification doit être appliquée à chaque extrémité de l’éprouvette avant l’essai.
8.4 État de surface de l’éprouvette
L’état de surface de l’éprouvette peut affecter les résultats d’essai. Cet effet est en général associé à un ou
plusieurs des facteurs suivants:
— — la rugosité de surface de l’éprouvette;
— — la présence de contraintes résiduelles;
— — la modification de la microstructure du matériau;
10 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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— — l’apport de produits contaminants.
Pour réduire le plus possible l’impact de ces facteurs, ce qui suit est recommandé.
L’impact de la rugosité de surface sur les résultats obtenus dépend largement des conditions d’essai, et
son effet est réduit par la corrosion de surface de l’éprouvette ou la déformation non élastique.
Quelles que soient les conditions d’essai, il est préférable d’obtenir une rugosité de surface moyenne Ra
inférieure à 0,2 µm (ou équivalente) dans la section parallèle. Cela inclut à la fois les surfaces intérieures
et extérieures pour une éprouvette tubulaire.
Un autre paramètre important non couvert par la rugosité moyenne est la présence de rayures d’usinage
localizéeslocalisées. Il convient que les opérations de finition éliminent toutes les rayures
circonférentielles engendrées lors du tournage. Une rectification finale suivie d’un polissage mécanique
est vivement recommandée. Il convient qu’un contrôle visuel à faible grossissement (environ × 20) ne
montre que des marques de polissage appropriées pour la qualité du moyen de polissage final.
Il est préférable de réaliser une opération de polissage final après traitement thermique. Si cela s’avère
impossible, il convient de procéder au traitement thermique sous vide ou sous gaz inerte pour éviter
l’oxydation de la surface de l’éprouvette. Il convient que ce traitement ne modifie pas les caractéristiques
microstructurales du matériau à l’étude. Les détails du traitement thermique et la procédure d’usinage
doivent être consignés avec les résultats d’essai.
8.5 Contrôles dimensionnels
Il convient que les dimensions soient mesurées à l’issue de l’usinage final selon une méthode de
métrologie qui ne modifie pas l’état de surface.
8.6 Stockage et manutention
Après préparation, il convient de stocker les éprouvettes de manière à éviter tout risque de dommage
(rayure par contact, oxydation, etc.). En cas d’endommagement de la surface de l’éprouvette pendant le
stockage, il convient d’y remédier en polissant à nouveau l’éprouvette. L’utilizationL’utilisation de
boîtiers individuels ou de tubes munis de capuchons est recommandée. Dans certains cas, le stockage
sous vide ou dans un dessiccateur est nécessaire.
Il convient de réduire la manutention au minimum nécessaire. Le marquage de l’éprouvette doit faire
l’objet d’une attention particulière. L’identification doit être appliquée à chaque extrémité de l’éprouvette
avant l’essai.
9 Appareillage
9.1 Machine d’essai
9.1.1 Généralités
Les essais doivent être effectués sur une machine d’essai munie d’un système de chargement par torsion
dans le sens horaire/antihoraire, conçue pour démarrer sans à-coup et sans jeu mécanique lors du
passage à zéro. Les réglages de démarrage de l’essai doivent permettre d’atteindre le niveau requis sans
aucune surcharge. Il convient que le temps mis pour atteindre le niveau requis soit aussi court que
raisonnablement possible.
Il convient que la machine ait une rigidité en torsion et latérale et un alignement adéquats.
L’ensemble machine-système de chargement (y compris le couplemètre, les têtes d’amarrage et
l’éprouvette) doit pouvoir contrôler et mesurer le couple lorsque le chargement cyclique recommandé
ISO 1352:2021(F)
est appliqué. L’éprouvette doit être non contrainte dans la direction axiale pour éviter d’introduire des
forces parasites.
Le système de mesure du couple de la machine d’essai doit être vérifié de manière statique en
utilizantutilisant une méthode d’étalonnage adaptée et doit être raccordé à des étalons nationaux
certifiés.
Il est important de reconnaître l’effet potentiel des erreurs dynamiques introduites par la masse inertielle
entre le couplemètre et l’éprouvette. Les erreurs de couple d’inertie, exprimées en pourcentage de
l’étendue de couples, peuvent varier avec la fréquence et sont fortement influencées par la complaisance
[1,2][1,2]
de l’éprouvette. Pour plus de détails, voir l’ISO 4965-1 et l’ISO 4965-2, qui, bien que destinées aux
essais de fatigue axiale, fournissent des principes également applicables aux essais de fatigue en torsion.
La machine doit être équipée d’un système de comptage des cycles présentant une précision de 1 % et
d’un système d’arrêt automatique au moment de la rupture de l’éprouvette.
9.1.2 Couplemètre
Le couplemètre doit être adapté à la fatigue. Le couple indiqué enregistré à la sortie de l’ordinateur dans
un système automatisé ou du dispositif d’enregistrement de résultat final dans un système non
automatisé doit être dans les limites spécifiées. La capacité du couplemètre doit être suffisante pour
couvrir l’étendue des couples mesurés lors d’un essai avec une erreur de mesure de 1 % de la lecture ou
meilleure. Le couplemètre doit être compensé en température et il convient qu’il ne présente aucune
dérive du zéro supérieure à 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius. Il convient que la variation de
sensibilité ne soit pas supérieure à 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius.
Le couplemètre doit être étalonné au moins une fois par an.
9.1.3 Amarrage de l’éprouvette
Le système d’amarrage doit transmettre les couples cycliques à l’éprouvette sans jeu mécanique le long
de sa direction circonférentielle pendant la durée de l’essai. Les qualités géométriques du dispositif
doivent permettre un alignement correct conformément aux exigences en 9.1.4.9.1.4.
Le système d’amarrage doit permettre un assemblage répétable et doit avoir des surfaces qui
ensurentpermettent un alignement de l’éprouvette. Il doit aussi permettre la transmission du couple
alterné sans jeu mécanique pendant toute la durée de l’essai.
[9] [9]
NOTE Le système d’amarrage (par exemple, pince, mandrin, tige, cale et amarrages de Morrison ) ) peut être
choisi en fonction des extrémités de l’éprouvette (voir Figures 5Figures 5 et 6)6) et du type de machine d’essai.
1352_ed3fig6.EPS
Légende
12 © ISO 2021 – Tous droits réservés
ISO 1352:2021(F)
1 éprouvette
2 billes standards
3 rouleaux standards
4 couple obtenu
5 couple appliqué
[8][8]
Figure 6 — Exemple d'amarrage de torsion de Morrison
9.1.4 Contrôle d’alignement
Il est important d’obtenir la répartition des contraintes la plus uniforme possible pour chaque essai de
fatigue. L’alignement axial de la machine d’essai à la fois pour les machines de fatigue axiale et pour les
machines de fatigue en torsion doit être mesuré à l’aide de l’ISO 23788. La vérification de l’alignement
doit être effectuée à chaque modification apportée au système de mise en charge.
NOTE 1 L’Annexe BL’Annexe B décrit brièvement la méthode de contrôle d’alignement.
En outre, il est important de documenter la répartition des contraintes appliquées dans la section d’essai
de l’éprouvette de fatigue. Cette uniformité des contraintes appliquées est contrôlée à la fois par la
machine d’essai et l’éprouvette.
NOTE 2 L’Annexe CL’Annexe C décrit un mode opératoire pour mesurer et documenter l’uniformité des
contraintes appliquées pour les essais de torsion.
L’uniformité des contraintes peut être contrôlée avant chaque série d’essais ou chaque fois qu’une
modification est apportée au système de mise en charge.
9.1.5 Force axiale
Pour les essais de torsion, la force axiale exercée sur l’éprouvette doit être contrôlée pour
ensurerpermettre que l’amplitude de la contrainte axiale estsoit inférieure à 1 % de l’amplitude de la
contrainte de cisaillement cyclique maximale.
NOTE La contrainte axiale peut être calculée ou estimée lors du mode opératoire de vérification de
l’alignement.
9.2 Système de chauffage
Pour les essais à température élevée, le système de chauffage doit être capable de chauffer l’éprouvette à
la température, T, spécifiée dans le programme d’essai.
Un four électrique, un système de chauffage à induction ou un dispositif équivalent peut être utilizéutilisé
pour le système de chauffage.
Les écarts autorisés entre la température spécifiée T et la température indiquée T ainsi que la variation
i
de température maximale admissible le long de la longueur calibrée de l’éprouvette sont donnés dans le
Tableau 3.Tableau 3.
Tableau Tableau 3 — Écarts admissibles entre T et T et variation de température maximale
i
admissible le long de la longueur calibrée de l’éprouvette
ISO 1352:2021(F)
Écarts admissibles entre Ti et T Variation de température
Température maximale admissible le long
°C
spécifiée T de la longueur calibrée de
l’éprouvette
°C
°C
T ≤ 600 ±3 3
600 < T ≤ 800 ±4 4
800 < T ≤ 1 000 ±5 5
1 000 < T ≤ 1 100 ±6 6
Pour le four électrique, afin de réduire le plus possible le gradient de température le long de la section
d’essai de l’éprouvette, il est recommandé d’utilizerd’utiliser un contrôle à trois zones.
La température de l’éprouvette peut être mesurée à l’aide de thermocouples, de pyromètres, de capteurs
de température à résistance ou autres dispositifs de mesure de température.
Pour les thermocouples, il est recommandé de mettre en contact le thermocouple directement avec
l’éprouvette sans causer d’amorce de rupture au point de contact. Un contact direct peut être obtenu par
soudage par points par résistance; il convient que ce soudage soit réalisé en dehors de la longueur
calibrée et en attachant ou en appuyant un thermocouple gainé contre la surface de l’éprouvette.
Il est recommandé de mesurer la température de l’éprouvette à l’aide de trois thermocouples ou par
d’autres dispositifs appropriés, un à chaque extrémité et un au milieu de la longueur calibrée de
l’éprouvette.
La résolution de l’indicateur de température doit être d’au moins 0,5 °C et l’indicateur de mesure de la
température doit avoir une erreur de mesure maximale de 1 °C.
9.3 Instruments de surveillance des essais
...
Frequently Asked Questions
ISO 1352:2021 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Metallic materials - Torque-controlled fatigue testing". This standard covers: This document specifies the conditions for performing torsional, constant-amplitude, nominally elastic stress fatigue tests on metallic specimens without deliberately introducing stress concentrations. The tests are typically carried out at ambient temperature or an elevated temperature in air by applying a pure couple to the specimen about its longitudinal axis. While the form, preparation and testing of specimens of circular cross-section and tubular cross-section are described in this document, component and other specialized types of testing are not included. Similarly, low-cycle torsional fatigue tests carried out under constant-amplitude angular displacement control, which lead to failure in a few thousand cycles, are also excluded.
This document specifies the conditions for performing torsional, constant-amplitude, nominally elastic stress fatigue tests on metallic specimens without deliberately introducing stress concentrations. The tests are typically carried out at ambient temperature or an elevated temperature in air by applying a pure couple to the specimen about its longitudinal axis. While the form, preparation and testing of specimens of circular cross-section and tubular cross-section are described in this document, component and other specialized types of testing are not included. Similarly, low-cycle torsional fatigue tests carried out under constant-amplitude angular displacement control, which lead to failure in a few thousand cycles, are also excluded.
ISO 1352:2021 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 77.040.10 - Mechanical testing of metals. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
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