ISO 7539-6:1989
(Main)Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens
Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens
Covers procedures for designing, preparing and using pre cracked specimens . Recommendations concerning notched specimens are given in annex A. These specimens are not suitable for the evaluation of thin product (sheet or wire); they are generally used for plate, bar and forgings. Their advantage is that they allow date to be acquired from which critical defect sizes, above which stress corrosion cracking may occur, can be estimated.
Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
1.1 La présente partie de l'ISO 7539 couvre les procédures de définition, de préparation et d'utilisation d'éprouvettes préfissurées, servant à évaluer la sensibilité d'un métal à la corrosion sous contrainte. Des recommandations visant les éprouvettes entaillées sont données dans l'annexe A. Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 7539, le terme « métal » inclut également les alliages. 1.2 Comme il est nécessaire de maintenir une contrainte élastique en front de fissure, les éprouvettes préfissurées ne se prêtent pas à l'évaluation des produits minces tels que les tôles minces et les fils, et sont généralement utilisées pour des produits plus épais tels que les tôles fortes, les barres et les pièces forgées. Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces assemblées par soudage. 1.3 Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une contrainte quantitative à l'aide d'appareils exerçant une charge constante ou une charge uniformément croissante, ou bien comprenant un dispositif qui engendre un déplacement constant aux points d'application de charge. 1.4 Les éprouvettes préfissurées présentent l'avantage de permettre l'acquisition de données dont on peut déduire les tailles critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire au niveau de pièces de géométrie connue soumises à de 157s efforts connus. Ces éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
ISO
INTERNATIONAL
7539-6
STANDARD
First edition
1989-12-15
.
Corrosion of metals and alloys - Stress
corrosion testing -
Part 6:
Preparation and use of pre-cracked specimens
Essais de corrosion sous contrainte -
Corrosion des mhtaux et alliages -
Partie 6: Prbparation et utilisation des kprouvettes prkfissurkes
Reference number
ISO 7539-6 : 1989 (E)
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ISO 7539-6 : 1989 (E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch 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, govern-
mental 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 7539-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 156,
Corrosion of metals and alloys.
ISO 7539 consists of the following Parts, under the general title Corrosion of metals
and alloys - S tress corrosion testing :
Part 1: General guidance on testing procedures
Part 2: Preparation and use of bent-beam specimens
-
Part 3: Preparation and use of U-bend specimens
-
Part 4: Preparation and use of uniaxially loaded tension specimens
-
Part 5: Preparation and use of C-ring specimens
-
Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens
- Part 7: Slow strain rate testing
-
Part 8: Preparation and use of welded specimens
Annex A forms an integral part of this part of ISO 7599.
0 ISO 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without Permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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ISO 7539-6 : 1989 (El
Introduction
This part of ISO 7539 is one of a series giving procedures for designing, preparing and
using various forms of test specimen to carry out tests to establish a metals resistance
to stress corrosion.
Esch of the Standards in the series needs to be read in association with ISO 7539-1.
This helps in the choice of an appropriate test procedure to suit particular
circumstances as well as giving guidance towards assessing the significance of the
results of the tests.
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This page intentionally left blank
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ISO 7539-6 : 1989 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion
testing -
Part 6:
Preparation and use of pre-cracked specimens
3 Definitions
1 Scope
For the purposes of this part of ISO 7539, the following
1.1 This part of ISO 7539 covers procedures for designing,
definitions and those given in ISO 7539-1 apply.
preparing and using pre-cracked specimens for investigating
susceptibility to stress corrosion. Recommendations concern-
31 Crack length, a : The effective Crack length measured
ing notched specimens are given in annex A.
from the Crack tip to either the mouth of the notch or the
loading Point axis depending on the specimen geometry.
The term “metal” as used in this part of ISO 7539 includes
alloys.
3.2 specimen width, W : The effective width of the
specimen measured from the back face to either the face con-
1.2 Because of the need to maintain elastically constrained
taining the notch or the loading plane depending on the
conditions at the Crack tip, pre-cracked specimens are not
specimen geometry.
suitable for the evaluation of thin products such as sheet or
wire and are generally used for thicker products including plate,
33 . specimen thickness, B.
bar and forgings. They tan also be used for Parts joined by
welding.
Self-explanatory term.
1.3 Pre-cracked specimens may be stressed quantitatively
34 .
reduced thickness at side grooves, B,.
with equipment for application of a constant load or a
Self-explanatory term.
monotonically increasing load or tan incorporate a device to
produce a constant displacement at the loading Points.
3.5 specimen half-height, H.
1.4 A particular advantage of pre-cracked specimens is that
Self-explanatory term.
they allow data to be acquired from which critical defect sizes,
above which stress corrosion cracking may occur, tan be
3.6 applied load, P.
estimated for components of known geometry subjected to
known Stresses. They also enable rates of stress corrosion
Self-explanatory term.
Crack propagation to be determined.
3.7 deflection at loading Point axis, Vv.
2 Normative reference
Self-explanatory term.
The following Standard contains provisions which, through
3.8 deflection away from the loading line, V.
reference in this text, constitute provisions of this part of
Self-explanatory term.
ISO 7539. At the time of publication, the edition indicated was
valid. All Standards are subject to revision, and Parties to
agreements based on this patt of ISO 7539 are encouraged to 3.9 Modulus of elasticity, E.
investigate the possibility of applying the most recent edition of
Self-explanatory term.
the Standard indicated below. Members of IEC and ISO main-
tain registers of currently valid International Standards.
3.10 stress intensity factor coefficient, Y : A factor de-
ISO 7539-1 : 1987, Corrosion of metals and alo ys - Stress rived from the stress analysis for a particular specimen
geometry which relates the stress intensity factor for a given
corrosion testing - Part 7: General guidance on testing pro-
cedures. Crack length to the load and specimen dimensions.
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ISO 7539-6 : 1989 (E)
3.11 plane strain stress intensity factor, K, : A function of 3.25 specimen orientation : The fracture plane of the
specimen identified in terms of firstly the direction of stressing
applied load, Crack length and specimen geometry having
dimensions of stress x length which uniquely defines the and secondly the direction of Crack growth expressed with
elastic stress field intensification at the tip of a Crack subjected respect to three reference axes. These are identified by the
to opening mode displacements : letters X, Y and Z where : Z is coincident with the main working
forte employed during manufacture of the material (short-
K, = applied stress 9 &@%, in N 1 m -3~
transverse axis); X is coincident with the direction of grain flow
(longitudinal axis); and Y is normal to the X and Z axes (sec
figure 6).
3.12 initial stress intensity factor, K,i.
Self-explanatory term.
4 Principle
3.13 plane strain fracture toughness, K,,: The critical
value of K, at which the first significant environmentally 4.1 The use of pre-cracked specimens acknowledges the
independent extension of the Crack occurs under the influence
difficulty of ensuring that Crack-like defects introduced during
of rising stress intensity under conditions of high constraint to
either manufacture or subsequent Service are totally absent
plastic deformation.
from structures. Furthermore, the presence of such defects tan
Cause a susceptibility to stress corrosion cracking which in
some materials (e.g. titanium) may not be evident from tests
3.14 a provisional value of K,,. K,: K, = K,, when the
under constant load on smooth specimens. The principles of
validity criteria for plane strain predominance are satisfied.
linear elastic fracture mechanics tan be used to quantify the
stress Situation existing at the Crack tip in a pre-cracked
3.15 threshold stress intensity factor for susceptibility
specimen or structure in terms of the plane strain-stress inten-
to stress corrosion cracking, K,,,,: That stress intensity
sity.
factor above which stress corrosion cracking will initiate and
grow for the specified test conditions under conditions of high
4.2 The test involves subjecting a specimen in which a Crack
constraint to plastic deformation, i.e. under plane strain pre-
has been developed from a machined notch by fatigue to either
dominant conditions.
a constant load or displacement at the loading Points or to an
increasing load during exposure to a chemically aggressive
3.16 a provisional vaIue of K,,,,, KOSCC: K,,,, = K,,,,
environment. The objective is to quantify the conditions under
when the validity criteria for plane strain predominance are
which environmentally-assisted Crack extension tan occur in
satisfied.
terms of the threshold stress intensity for stress corrosion
cracking, K,,,,, and the kinetics of Crack propagation.
3.17 fatigue stress intensity, Kf: The plane strain stress
intensity corresponding to the maximum forte of the fatigue
4.3 The empirical data tan be used for design or life pre-
cycle.
diction purposes in Order to ensure either that the Stresses
within large structures are insufficient to promote the initiation
3.18 fatigue stress intensity range, AK,. of environmentally-assisted cracking at whatever pre-existing
defects may be present or that the amount of Crack growth
Self-explanatory term.
which would occur within the design life or inspection periods
tan be tolerated without the risk of unstable failure.
3-W 0,2 % proof stress, RP0 2.
I
Self-explanatory term. 5 Spetimens
3.20 5.1 General
applied stress, 0.
Self-explanatory term.
5.1.1 A wide range of Standard specimen geometries of the
type employed in fracture toughness tests may be used. The
3.21 geometrical correction factor, Q. particular type of specimen used will be dependent upon the
form, the strength and the susceptibility to stress corrosion
Self-explanatory term.
cracking of the material to be tested and also on the objective
of the test.
3.22 fatigue forte ratio, R : The algebraic ratio of minimum
to maximum forte in the fatigu e cycle. 5.1.2 A basic requirement is that the dimensions shall be
sufficient to maintain predominantly triaxial (plane strain) con-
ditions in which plastic deformation is limited in the vicinity of
3.23 Crack velocity : The instantaneous rate of stress cor-
the Crack tip. Experience with fracture toughness testing has
rosion Crack propagation measured by a continuous Crack
shown that for a valid K,, measurement, both the Crack length,
monitoring technique.
a, and the thickness, B, should be not less than
3.24 average Crack velocity : The average rate of Crack
propagation calculated by dividing the Change in Crack length
due to stress corrosion by the test duration.
2
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ISO 7539-6 : 1989 (El
corrosion Cracks from the fatigue pre-Crack, in which case a
and that, where possible, larger specimens where both a and B
are at least series of specimens must be used to pin-Point the threshold
value, or by the arrest of a propagating Crack since under con-
stant displacement testing conditions the stress intensity
Klc 2
4-
decreases progressively as Crack propagation occurs. In this
R
( PU )
case a Single specimen will suffice in principle, but in practice
the use of several specimens (not less than 3) is often recom-
should be used to ensure adequate constraint.
mended, taking into account the disadvantages described
in 5.1.6.
From the view of fracture mechanics, a minimum thickness
from which an invariant value of K,,,, is obtained cannot be
5.1.6 The disadvantages of constant displacement specimens
specified at this time. The presence of an aggressive environ-
are
ment during stress corrosion may reduce the extent of plasticity
associated with fracture and hence the specimen dimensions
a) applied loads tan only be measured indirectly by
needed to limit plastic deformation. However, in Order to
displacement changes;
minimize the risk of inadequate constraint, it is recommended
that similar criteria to those employed during fracture
b) Oxide formation or corrosion products tan either wedge
toughness testing should be employed regarding specimen
open the Crack surfaces, thus changing the applied dis-
dimensions, i.e. both a and B should be not less than
placement and load, or tan block the Crack mouth, thus
preventing the ingress sf corrodant and tan impair the
2
Kl
accuracy of Crack length measurements by electrical
z5 jj--
resistance methods;
PO2
( >
c) Crack branching, blunting or growth out of plane tan
and preferably should be not less than
invalidate Crack arrest data;
2
Kl
d) Crack arrest must be defined by Crack growth below
4-
R
some arbitrary rate which tan be difficult to measure
PO2
( )
accurately;
where K, is the stress intensity to be applied during testing.
e) elastic relaxation of the loading System during Crack
growth tan Cause increased displacement and higher loads
The threshold stress intensity value eventually determined
than expected;
should be substituted for K, in the first of these expressions as a
test for its validity.
fl plastic relaxation due to time-dependent processes
within the specimen tan Cause lower loads than expected;
5.1.3 If the specimens are to be used for the determination of
g) it is sometimes impossible to introduce the test environ-
KIScc, the initial specimen size should be based on an estimate
ment Prior to application of the load which tan retard Crack
of the K,scc of the material (in the first instance, it being better
value and therefore use a larger initiation during subsequent testing.
to over-estimate the K,,,,
specimen than may eventually be found necessary). Where the
Service application involves the use of material of insufficient
5.1.7 Constant load specimens have the advantage that stress
thickness to satisfy the conditions for validity, it is permissible
Parameters tan be quantified with confidence. Since Crack
to test specimens of similar thickness, provided that it is clearly
growth results in increasing Crack opening there is less
stated that the threshold intensity value obtained, K,,,,, is of
likelihood that Oxide films will either block the Crack or wedge it
relevante only to that specific application. Where it is required
open. Crack length measurements tan be made readily with a
to determine stress corrosion Crack growth behaviour as a
number of continuous monitoring methods. A wide choice of
function of stress intensity, the specimen size should be based
constant load specimen geometries is available to suit the form
on an estimate of the highest stress intensity at which Crack
of the test material, the experimental facilities available and the
growth rates are to be measured.
objectives of the test. This means that Crack growth tan be
studied under either bend or tension loading conditions. The
specimens tan be used for either the determination of K,,,, by
5.1.4 Two basic types of specimen tan be used
the initiation of a stress corrosion Crack from a pre-existing
fatigue Crack using a series of specimens or for measurements
a) those intended for testing under constant displace-
of Crack growth rates. Constant load specimens tan be loaded
ment, which are invariably self-loaded by means of built-in
during exposure to the test environment in Order to avoid the
loading bolts;
risk of unnecessary incubation periods.
b) those intended for testing under constant load, for
which an external means of load application is required.
5.1.8 The principal disadvantage of constant load specimens
is the expense and bulk associated with the need for an external
loading System. Bend specimens tan be tested in relatively
5.1.5 Constant displacement specimens, being self-loaded,
simple cantilever beam equipment but specimens subjected to
have the advantage of economy in use since no external stress-
tension loading require constant load creep rupture or similar
ing equipment is required. Their compact dimensions also
testing machines. In this case the expense tan be minimized by
facilitate exposure to operating Service environments. They tan
testing chains of specimens connected by loading links which
be used for the determination of K Iscc by the initiation of stress
3
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ISO 7539-6 : 1989 (E)
are designed to prevent unloading on the failure of specimens. b 1 compact tension (CTS) specimens which minimize the
The size of these loading Systems means that it is difficult to material requirement for constant load testing;
test constant load specimens under operating conditions but
c) self-loaded double cantilever beam (DCB) specimens
they tan be tested in environments bled off from operating
which are easy to test under constant displacement in ser-
Systems.
vice situations;
5.2 Specimen design
d) T-type wedge opening loaded IT-WOL) specimens
which are also self-loaded and minimize the material require-
some of the pre-cracked specimen
Figure 1 Shows geometries
ment for constant displacement testing;
which are used for stress corrosion testing.
C-shaped specimens which tan be machined from thick
e)
5.2.1 Constant load specimens tan be of two distinct types
walled cylinders in Order to study the radial propagation of
longitudinally oriented Cracks under constant load.
in which the stress intensity increases with
a) those
increasing Crack length;
Details of Standard specimen designs for each of these types of
specimen are given in figures 2a) to e).
b) those in which the stress intensity is eff ectively
length.
independent of Crack
5.2.6 If required, for example if fatigue Crack initiation and/or
propagation is difficult to control satisfactorily, a chevron notch
Type a) is suitable for K,scc determinations and studies of
configuration as shown in figure 3 may be used. If uired, its
Crack propagation rates as a function of K,, while type b) is
req
increased from
included angle may be 9o” to 120°
useful for fundamental studies of stress corrosion mechanisms.
5.2.7 Where it is necessary to mesure Crack opening
5.2.2 Increasing K constant load specimens tan be subjected
displacements, as during the application of deflection to con-
to either tension or bend loading. Depending on the design,
stant displacement specimens, knife edges for the location of
tension loaded specimens tan experience Stresses at the Crack
displacement gauges tan be machined into the mouth of the
tip which are predominantly tensile (as in remote tension types
notch, as shown in figure 4a). Alternatively, separate knife
such as the centre-cracked plate) or contain a significant bend
edges tan either be screwed or glued onto the specimen at
component (as in crackline loaded types such as compact ten-
opposite sides of the notch, as shown in figure 4b). Details of a
sion specimens). The presence of significant bending stress at
are given in
suitable tapered displacement
the Crack tip tan adversely affect the Crack path stability during WKP
figure 4
stress corrosion testing and tan facilitate Crack branching in Cl.
certain materials. Bend specimens tan be loaded in 3-Point,
4-Point or cantilever bend fixtures.
5.3 Stress intensity factor considerations
5.2.3 Constant K constant load specimens tan be subjected
5.3.1 lt tan be shown using elastic theory that the stress
to either torsion loading, as in the case of the double torsion
intensity, K,, acting at the tip of a Crack in specimens or struc-
Single edge cracked plate specimen, or tension loading as in the
tures of various geometries tan be expressed by relationships
case of contoured double cantilever beam specimens. Al-
of the form
though loaded in tension, the design of the latter specimens
produces crackline bending with an associated tendency for
K, = Qa&-
Crack growth out of plane which tan be curbed by the use of
side grooves.
is the geometrical constant;
5.2.4 Constant displacement specimens are usually self-
loaded by means of a loading bolt in one arm which impinges
0 is the applied stress;
on either an anvil or a second loading bolt in the opposite arm.
is the Crack length.
Two types are available a
a) those which are (W-a) dominated, such as the T-type
5.3.2 The solutions for K, for specimens of particular
wedge opening loaded (T-WOL) specimen in which the
geometry and loading method tan be established by means of
proximity of the back face to the Crack tip influences the
finite element stress analysis, or by either experimental or
Crack tip stress field;
theoretical determinations of specimen compliance.
b) those which are (W-a) indifferent, such as the double
cantilever beam (DCB) specimen in which the back face is
5.3.3 K, values tan be calculated by means of a dimensionless
sufficiently remote from the Crack tip to ensure that its pos- stress intensity coefficient, Y, related to Crack length expressed
ition has a negligible effect on the Crack tip stress field.
in terms of al W, or alHfor 1 W-a) indifferent specimens, where
W is the width and H is the half-height of the specimen,
through relationship of the form
5.2.5 A number of the specimen geometries described above
have specific advantages which have caused them to be fre-
YP
quently used for stress corrosion testing. These include
K, = ~
Be
a) cantilever bend specimens which are easy to machine
for compact tension or C-shaped specimens
and inexpensive to test under constant load;
4
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ISO 7539-6 : 1989 (EI
or 6 Initiation and propagation of fatigue Cracks
YP
K, = p
6.1 The machine used for fatigue cracking should have a
BG
method of loading such that the stress distribution is sym-
metrical about the notch and the applied forte should be
for T-type wedge opening loaded specimens
known to an accuracy within + 2,5 %.
or
6.2 The environmental conditions employed during fatigue
YP
pre-cracking, as well as the stressing conditions, tan influence
K, = p
BJN the subsequent behaviour of the specimen during stress cor-
rosion testing. In some materials the introduction of the stress
for double cantilever beam specimens.
corrosion test environment during the pre-cracking Operation
will promote a Change from the normal ductile transgranular
mode of fatigue cracking to one which more closely resembles
5.3.4 Where it is necessary to use side-grooved specimens in
stress corrosion cracking. This may facilitate the subsequent
Order to curb Crack branching tendencies, etc., shallow side
initiation of stress corrosion cracking and lead to the determi-
grooves (usually 5 % of the specimen thickness on both sides)
nation of consecutive initiation values of Kl,,,. However,
tan be employed. Ether semi-circular or 60° V-grooves tan be
unless facilities are available to commence stress corrosion
used, but it should be noted that even with semi-circular side
testing immediately following the pre-cracking Operation, cor-
grooves of up to 50 % of the specimen thickness it is not
rodant remaining at the Crack tip may promote blunting due to
always possible to maintain the Crack in the desired plane of
corrosive attack. Furthermore, the reproducibility of results
extension. Where side grooves are employed, the effect of the
may suffer when pre-cracking is conducted in the presence of
reduced thickness, B,, due to the grooves on the stress inten-
an aggressive environment because of the greater sensitivity of
sity tan be taken into account by replacing B by dmin the
the corrosion fatigue fracture mode to the cyclic loading con-
above expressions. However, the influence of side grooving on
ditions. In addition, more elaborate facilities may be needed for
the stress intensity factor is far from established and correction
environmental control purposes during pre-cracking. For these
factors should be treated with caution, particularly if deep side
reasons, it is recommended that, unless agreed otherwise
grooves are used.
between the Parties, fatigue pre-cracking should be conducted
in the normal laboratory air environment.
5.3.5 Solutions for Y for specimens with geometries which
are often used for stress corrosion testing are given in
figures 5a) to e).
6.3 The specimens should be pre-cracked by fatigue loading
with an R value in the range 0 to 0,l until the Crack extends at
least 2,5 % W or 1,25 mm beyond the notch at the side sur-
5.4 Specimen preparation
faces, whichever is greater. The Crack may be started at higher
K, values but, during the final 0,5 mm of Crack extension, the
5.4.1 Spetimens of the required orientation (see figure 6)
fatigue pre-cracking should be completed at as low a maximum
should, where possible, be machined in the fully heat-treated
stress intensity as possible (below the expected Kl,,,, if poss-
condition. For specimens in material that cannot easily be com-
ible).
pletely machined in the fully heat-treated condition, the final
heat treatment may be given Prior to the notching and finishing
operations provided that at least 0,5 mm per face is removed
6.4 The final length of the fatigue Crack should be such that
from the thickness at this finish machining Stage. However,
the requirement for plane strain predominance is satisfied, i.e.
heat treatment may be carried out on fully machined specimens
in cases in which heat treatment will not result in detri-
mental surface conditions, residual stress, quench cracking or
distortion.
This condition is optimized when the final al W ratio is in the
5.4.2 After machining, the specimens should be fully
range 0,45 to 0,55 [except in the case of (W-a) indifferent
degreased in Order to ensure that no contamination of the Crack
specimensl.
tip occurs during subsequent fatigue pre-cracking or stress cor-
rosion testing. In cases where it is necessary to attach elec-
trodes to the specimen by soldering or brazing for Crack
6.5 In Order to avoid the interaction of the stress field
monitoring by means of electrical resistance measurements,
associated with the Crack with that due to the notch, the Crack
the specimens should be degreased following this Operation
should lie within the limiting envelope as shown in figure 7.
Prior to pre-cracking in Order to remove traces of remnant flux.
5.5 Specimen identification 6.6 In Order to ensure the validity of the stress intensity
analysis, the fatigue Crack should be inspected on each side of
Specimen identification marks may be stamped or scribed on
the specimen to ensure that no part of it lies in a plane the slope
either the face of the specimen bearing the notch or on the end of which exceeds an angle of IO0 from the plane of the notch
faces parallel to the notch.
and that the differente in lengths does not exceed 5 % W.
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ISO 7539-6 : 1989 (El
7.2.2 For the determination of K,,cc by Crack arrest, the pre-
7 Procedure
cracked specimen should be fixed in a holding device and, if
practical, the environment should be applied to the region of
7.1 General
the notch root.
7.1.1 Before testing, the thickness B and either width u/’ or
half-height 1c-I [in the case of (W-a) indifferent specimens] shall
7.2.3 The arms of the specimen should then be deflected by
be measured to within 0,l % u/ (or H) on a line not further
turning a bolt to give a pre-determined Kl, value in excess of the
than 10 % UI’ (or H) from the Crack plane. The average length
anticipated K,,,, value. Over-deflection must be avoided. The
of the fatigue pre-Crack on both sides of the specimen shall also
deflection, Vy, at the loading line tan be related to the deflec-
be determined and this value is used in assessing the load re-
tion, V, measured by displacement gauge at knife edges
quired to produce the desired initial stress intensity, K, (see
located at the notch mouth by means of the procedure
ISO 7539-1).
illustrated in figure 9. The sensitivity of the displacement gauge
should be not less than 20 mV/mm in Order to minimize errors
7.1.2 The environmental testing conditions will depend upon
due to over-amplification of a weak Signal. The linearity of the
the intent of the test but, ideally, should be the same as those
gauge should be such that the deviation from true displace-
prevailing for the intended use of the alloy or comparable to the
ment is not more than 0,003 mm for displacements of up to
anticipated Service condition.
0,5 mm and not more than 1 % of recorded value for larger dis-
placements.
7.1.3 Electrochemical Polarisation tan be applied to
specimens exposed to conducting aqueous environments by
7.2.3.1 For the (W-a) indifferent DCB specimen the deflection
means of counter electrodes. However, it should be noted that
required to give the desired stress intensity, K,i, for a given
potentiostatic control at the tip of a stress corrosion Crack may
value of alH tan be calculated from the relationship between
be subject to large variations as the Crack length increases
K, and VI given in figure 5a).
which must be taken into account when considering mechan-
isms of stress corrosion cracking.
7.2.3.2 In the case of the (W-a) dominated T-WOL specimen,
7.1.4 When practical, it is recommended that the specimens
a knowledge
...
NORME ISO
7539-6
INTERNATIONALE
Première édition
X389-12-15
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 6 :
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
Corrosion of me tais and allo ys - Stress corrosion testing -
Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens
Numéro de référence
ISO 7539-6 : 1989 (FI
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ISO 7539-6 : 1989 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’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 I’ISO participent également aux travaux. LYS0 col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale KEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7539-6 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 156, Corrosion des m&aux et alliages.
L’ISO 7539 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général
Essais de corrosion sous contrainte :
Corrosion des métaux et alliages -
-
Partie 7: Guide général des méthodes d’essai
-
Partie 2: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en flexion
Partie 3: Préparation et utilisation des éprouvettes cintrées en U
- Partie 4: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en traction
uniaxiale
Partie 5: Préparation et utilisation des éprouvettes en forme d’anneau en C
-
Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
-
Partie 7: Essais à faible vitesse de déformation
des
- Partie 8: Préparation et utilisation éprouvettes présen tant un cordon de
soudure
L’annexe A fait partie intégrante de la présente partie de I’ISO 7539.
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 . CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 7539-6 : 1989 (FI
Introduction
La présente partie de I’ISO 7539 fait partie intégrante d’une série de normes couvrant
les procédures de définition, de préparation et d’utilisation de différentes formes
d’éprouvettes destinées à la réalisation d’essais permettant d’évaluer la résistance des
métaux à la corrosion sous contrainte.
Chaque norme de la série doit être lue conjointement avec I’ISO 7539-l. Cette dernière
permet de choisir la méthode d’essai appropriée, adaptée aux cas particuliers, et four-
nit des directives pour évaluer la portée des résultats d’essais.
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
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NORME INTERNATIONALE ISO 7539-6 : 1989 (FI
Corrosion des métaux et alliages - Essais de corrosion
sous contrainte -
Partie 6 :
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
lité d’appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée
1 Domaine d’application
ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possédent le regis-
tre des Normes internationales en vigueur à un moment donné.
1.1 La présente partie de I’ISO 7539 couvre les procédures de
définition, de préparation et d’utilisation d’éprouvettes préfis-
ISO 7539-l : 1987, Corrosion des métaux et alliages - Essais
surées, servant à évaluer la sensibilité d’un métal à la corrosion
de corrosion sous con train te - Partie 7: Guide général des
sous contrainte. Des recommandations visant les éprouvettes
méthodes d’essai.
entaillées sont données dans l’annexe A.
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7539, le terme
3 Définitions
(( métal )) inclut également les alliages.
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7539, les défini-
1.2 Comme il est nécessaire de maintenir une contrainte élas- tions données dans I’ISO 7539-l ainsi que les suivantes s’appli-
tique en front de fissure, les éprouvettes préfissurées ne se prê- quent.
tent pas à l’évaluation des produits minces tels que les tôles
minces et les fils, et sont généralement utilisées pour des pro-
3.1 longueur de fissure, a: Longueur réelle de la fissure
duits plus épais tels que les tôles fortes, les barres et les pièces
mesurée entre sa pointe et selon la géométrie de l’éprouvette,
forgées. Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces
soit les lèvres de l’entaille, soit l’axe du point de chargement.
assemblées par soudage.
3.2 largeur de l’éprouvette, W : Largeur réelle de I’éprou-
1.3 Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une
vette mesurée entre sa face arrière et selon la géométrie de
contrainte quantitative à l’aide d’appareils exercant une charge
l’éprouvette, soit la face entaillée, soit le plan de chargement.
constante ou une charge uniformément croissante, ou bien
comprenant un dispositif qui engendre un déplacement cons-
3.3 épaisseur de l’éprouvette, B.
tant aux points d’application de charge.
Terme autodescriptif.
1.4 Les éprouvettes préfissurées présentent l’avantage de
permettre l’acquisition de données dont on peut déduire les tail-
3.4 épaisseur réduite aux rainures latérales, B,.
les critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par
corrosion sous contrainte peut se produire au niveau de pièces
Terme autodescriptif.
de géométrie connue soumises à des efforts connus. Ces
éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de
3.5 demi-hauteur de l’éprouvette, II.
propagation des fissures de corrosion sous contrainte.
Terme autodescriptif.
2 Référence normative
3.6 charge appliquée, P.
Terme autodescriptif.
La norme suivante contient des dispositions qui, par suite de la
référence qui en est faite, constituent des dispositions valables
pour la présente partie de I’ISO 7539. Au moment de la publica-
3.7 flèche au niveau de l’axe du point d’application de la
tion, l’édition indiquée était en vigueur. Toute norme est sujette
charge, VI.
à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la pré-
Terme autodescriptif.
sente partie de I’ISO 7539 sont invitées à rechercher la possibi-
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 7539-6 : 1989 (FI
. 3.20
38 flèche par rapport à la ligne de chargement, T/. contrainte appliquée, 0.
Terme autodescriptif. Terme autodescriptif.
module d’élasticité, E.
39 . 3.21
facteur de correction géométrique, Q.
Terme autodescriptif.
Terme autodescriptif.
3.10 coefficient de facteur d’intensité de contrainte, Y:
3.22 quotient d’amplitude des forces impliquées dans le
Facteur déduit de l’analyse de contrainte pour une géométrie
cycle de fatigue, R : Rapport algébrique de la force minimale
d’éprouvette particulière, qui associe le facteur d’intensité de
à la force maximale d’un cycle d’endurance.
contrainte pour une longueur de fissure donnée à la charge et
aux dimensions de l’éprouvette.
3.23 vitesse de propagation de la fissure: Vitesse instan-
tanée de propagation d’une fissure mesurée par une technique
3.11 facteur d’intensité de contrainte en régime de de suivi en continu.
déformation plane, K,: Fonction de la charge appliquée, de la
longueur de la fissure et de la géométrie de l’éprouvette, ayant 3.24 vitesse moyenne de propagation d’une fissure:
les dimensions du produit d’une contrainte par une longueur; il
Vitesse moyenne de propagation d’une fissure calculée en divi-
définit de facon univoque l’intensification du champ de con- sant la longueur de fissure imputable à la corrosion sous con-
trainte élastique à la pointe d’une fissure soumise à des dépla-
trainte par la durée de l’essai.
cements associés aux modes d’ouverture en jeu :
3.25 orientation de l’éprouvette: Plan de rupture de
K, = contrainte appliquée 1 JE, en N. m -3/2
l’éprouvette identifié tout d’abord en référence au sens d’appli-
cation de la contrainte puis par référence au sens de propaga-
3.12 facteur d’intensité de contrainte initiale, K,i.
tion de la fissure exprimé par rapport aux trois axes de réfé-
rente: X, Y, et Z. Z coïncide avec l’effort principal exercé pen-
Terme autodescriptif.
dant la fabrication du matériau (axe travers court); X coincide
avec le sens du fibrage (axe longitudinal); et Y est perpendicu-
3.13 ténacité à la rupture en régime de déformation
laire aux axes X et Z (voir figure 6).
plane, K,,: Valeur critique de KI pour laquelle survient la pre-
mière propagation significative de la fissure indépendamment de
l’environnement, sous l’effet d’une intensité de contrainte crois- 4 Principe
sante en régime de forte résistance à la déformation plastique.
4.1 L’utilisation d’éprouvettes préfissurées témoigne de la
difficulté à garantir l’absence totale de défauts assimilables à
3.14 valeur provisoire de K,,, Ko: Ko = K,, si les critères
des fissures, introduits soit en cours de fabrication, soit en ser-
de validité de prédominance du régime de déformation plane
vice, dans les constructions de structures. La présence de tels
sont satisfaits.
défauts permet en outre de mettre en évidence une sensibilisa-
tion à la fissuration par corrosion sous contrainte qui, dans cer-
3.15 facteur d’intensité de contrainte limite pour la sen-
tains matériaux (par exemple le titane), pourrait ne pas etre
sibilité à la propagation de fissures de corrosion sous con-
révélée par des essais à charge constante sur éprouvette lisse.
trainte, K,,cc : Facteur d’intensité de contrainte au-delà de
Les principes de la mécanique de la rupture en régime élastique
laquelle la propagation des fissures de corrosion sous con-
linéaire permettent de quantifier la contrainte existante en front
trainte se manifeste et s’étend dans les conditions d’essai pres-
d’une fissure sur une éprouvette ou une structure préfissurée à
crites correspondant à une forte résistance à la déformation
partir d’intensité de contrainte en régime de déformation plane.
plastique, c’est-à-dire dans des conditions prédominantes de
déformation plane.
4.2 L’essai consiste à soumettre une éprouvette dans laquelle
on a créé une fissure par fatigue à partir d’une entaille usinée,
3.16 valeur provisoire de KISCC, KQSCC: KQSCc = KIscc
soit à une charge ou à un déplacement constant(e) aux points
du régime de défor-
si les critères de validité de prédominance
de chargement, soit à une charge croissante par ailleurs sou-
mation plane sont satisfaits.
mise à un environnement chimiquement agressif. Le but est de
quantifier les fissures en milieu donné, en termes de facteur
d’intensité de contrainte limite, K,,cc, et de cinétique de la pro-
3.17 facteur d’intensité de contrainte de fatigue, Kf:
Intensité de contrainte pour un régime de déformation plane pagation des fissures.
correspondant à l’amplitude maximale de la force mise en jeu
dans le cycle d’endurance.
4.3 Des données empiriques peuvent servir lors de la concep-
tion ou des prévisions de durée de vie, car elles permettent
d’assurer, soit que les contraintes agissant sur des structures
3.18 plage d’intensité de la contrainte de fatigue, AK,.
importantes ne suffiront pas à favoriser la fissuration en envi-
ronnement donné quels que soient les défauts préexistants,
Terme autodescriptif.
soit que l’importance de la vitesse de propagation qui se produi-
rait pendant la durée de vie calculée ou au cours de contrôles
3g19 limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 %, RP0 2.
I
peut être tolérée sans risque d’instabilité conduisant à la défail-
lance.
Terme autodescriptif.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 7539-6 : 1989 (FI
validité, il est permis d’utiliser des éprouvettes de semblable
5 Éprouvettes
épaisseur dès lors qu’on indique clairement que le facteur
d’intensité de contrainte limite obtenu, K,,,,, ne vaut que
5.1 Gh&alités
pour l’application prescrite. Quand on doit déterminer les
modalités de propagation des fissures de corrosion sous con-
5.1 .l On peut utiliser des éprouvettes de géométrie fort diffé-
trainte, en fonction du facteur d’intensité de contrainte, il con-
rentes, du type de celles qu’on emploie pour les essais de téna-
vient que la taille de l’éprouvette résulte d’une estimation de
cité à rupture. Le type d’éprouvette choisi sera fonction de la
l’intensité maximale de contrainte à laquelle on doit mesurer les
forme, de la résistance et de la sensibilité à la fissuration par
vitesses de propagation de fissure.
corrosion sous contrainte du matériau à essayer ainsi que de
l’objectif de l’essai.
5.1.4 On peut utiliser deux types principaux d’éprouvettes:
5.1.2 II faut absolument que les dimensions de l’éprouvette
a) les premières, pour les essais à déplacement constant,
soient suffisantes pour maintenir des conditions triaxiales domi-
qui sont chargées à l’aide de boulons incorporés;
nantes (régime de déformation plane), qui confinent la défor-
mation plastique au voisinage de la pointe de fissure. Les essais
b) les secondes, pour les essais à charge constante, qui
de ténacité à rupture révèlent que, pour obtenir une estimation
nécessitent un dispositif extérieur de chargement.
valable de K,,, il convient que la longueur de la fissure, a, et
l’épaisseur, B, ne soient pas inférieures à
5.1.5 Les éprouvettes soumises à un déplacement constant,
autochargées, présentent l’avantage d’être économiques étant
2
Klc
donné qu’aucun matériel extérieur de mise en charge n’est
2’5
R requis. Leur forme compacte facilite également leur exposition
pot2 )
!
à des environnements de service réel. Elles peuvent servir à
et qu’il est recommandé de choisir des éprouvettes plus impor-
déterminer K,,,,, soit par I’amorcage de fissures de corrosion
à
tantes dans lesquelles a et B sont au moins égaux sous contrainte à partir de préfissures de fatigue, auquel cas on
doit utiliser une série d’éprouvettes pour repérer précisément la
Klc 2 valeur limite, soit par arrêt de la propagation d’une fissure étant
4-
R donné que, dans des conditions d’essai à déplacement cons-
PV
i 1
tant, l’intensité de la contrainte décroît progressivement avec la
pour obtenir un état mécanique adéquat. propagation de la fissure. Une seule éprouvette suffira en prin-
cipe dans ce cas, mais dans la pratique, il est souvent recom-
Du point de vue de la mécanique de la rupture, on ne peut pres-
mandé d’en utiliser plusieurs (au moins trois), si l’on veut tenir
crire pour l’heure d’épaisseur minimale conduisant à l’obtention
compte des inconvénients cités en 5.1.6.
d’une valeur invariante de K,,,,. Un environnement agressif
pendant les essais de corrosion sous contrainte peut réduire
5.1.6 Les inconvénients liés
aux éprouvettes à déplacement
l’ampleur de la plasticité associée à la rupture et donc les
constant sont les suivants:
dimensions requises pour l’éprouvette assurant la limitation de
a) on ne peut mesurer les charges imposées indirecte-
la déformation plastique. Toutefois, afin de réduire au mini-
w’
mum le risque de régime mécanique inadéquat, il est recom- ment par des changements de déplacement;
mandé de retenir des critères équivalents à ceux observés lors
b) les produits d’oxydation ou de corrosion peuvent soit
des essais d’endurance à la rupture, en ce qui concerne les
favoriser l’ouverture des lèvres de la fissure par effet de coin
dimensions des éprouvettes, c’est-à-dire qu’il convient que
modifiant ainsi le déplacement imposé et la charge corres-
a et B ne soient pas inférieurs à
pondante, soit bloquer les lèvres de la fissure en empêchant
2
la pénétration de l’agent corrosif, ce qui nuit à la précision
Kl
2’5 R des mesures de longueur de fissure par des méthodes de
( PU 1
résistance électrique;
et qu’il soient de préférence au moins égaux à
c) des phénomènes de ramification d’émoussage de front
de fissure ou de croissance hors du plan de propagation
2
Kl
peuvent invalider les résultats;
4-
R
PU
i 1
d) l’arrêt de la fissure doit être défini par la croissance de la
fissure ou d’une valeur arbitraire de vitesse qu’il peut être
où K, est la valeur de l’intensité de contrainte à garantir pendant
difficile de mesurer avec précision;
l’essai.
e) la relaxation élastique du système de contrainte pen-
Pour tester la validité de la première de ces expressions, il con-
dant la propagation de la fissure peut provoquer un déplace-
vient remplacer K, par le facteur d’intensité de contrainte limite
ment et des efforts supérieurs à ceux prévus;
déterminé de cette facon.
,
f) la relaxation plastique dans l’éprouvette liée à des pro-
5.1.3 Si les éprouvettes doivent servir à déterminer K,,,,, il
cessus dépendant du temps peut aboutir à des efforts infé-
convient que la taille initiale de l’éprouvette résulte d’une esti-
rieurs à ceux prévus;
mation du K,,,, du matériau (il est préférable, dans un premier
g) il est parfois impossible de placer l’éprouvette dans son
temps, de surestimer la valeur K,scc et donc d’utiliser une
environnement d’essai avant de commencer à exercer la
éprouvette plus importante que celle à laquelle on finirait par
contrainte, ce qui peut retarder I’amorcage de la fissuration
aboutir). Si les exigences de service impliquent le recours à un
lors de la poursuite de l’essai.
matériau d’épaisseur insuffisante pour remplir les critères de
3
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Iso 7539-6 : 1989 (FI
favoriser la ramification avec certains matériaux. Les éprouvet-
5.1.7 L’avantage des éprouvettes à charge constante est que
les paramètres de contrainte peuvent être quantifiés avec tes pour essais en flexion peuvent être chargées en trois points,
quatre points ou en porte-à-faux.
rigueur. Comme la propagation de la fissure entraîne une ouver-
ture croissante de celle-ci, il est moins probable que des couches
d’oxyde obstruent la fissure ou exercent un effet d’entaille. On
5.2.3 Les éprouvettes à charge constante et K constant peu-
peut alors effectuer directement les mesures de longueur de fis-
vent être soumises à des efforts de torsion (par exemple tôles à
sure en faisant appel à certaines méthodes de contrôle continu.
fissure unilatérale en double torsion) ou de traction (par exem-
On dispose d’un vaste éventail d’éprouvettes à charge constante
ple double poutre profilée, encastrée). Bien que subissant un
adapté à la forme du matériau d’essai, aux installations disponi-
effort de traction, la définition de ces dernières engendre un
bles et aux buts de l’essai. Cela signifie qu’on peut étudier la pro-
infléchissement du parcours de la fissure avec tendance de la
pagation des fissures dans des conditions soit de flexion soit de
fissure à sortir du plan de propagation initial, ce qu’on évite par
traction. Les éprouvettes peuvent servir soit à déterminer Klscc
la présence de rainures latérales.
par I’amorcage d’une fissure de corrosion sous contrainte à partir
d’une fissure de fatigue précréée, à l’aide d’une série d’éprouvet-
5.2.4 Les éprouvettes à déplacement constant sont générale-
tes’ soit par la mesure de la vitesse de propagation des fissures.
ment autochargées par un boulon placé sur l’une des deux par-
Les éprouvettes à charge constante peuvent recevoir cette
ties qui vient heurter soit une enclume, soit un second boulon
charge pendant l’exposition en milieu d’essai, ce qui évite
de chargement sur la partie opposée. Deux types sont dispo-
l’inconvénient d’inutiles périodes d’incubation.
nibles :
a) celles qui sont sensibles à (W-a), comme les éprouvet-
5.1.8 L’inconvénient principal des éprouvettes à charge cons-
tante est le poids matériel et financier des systèmes de mise en tes compactes de type T à ouverture latérale par effet de
coin (T-WOL) dans lesquelles la proximité de la face oppo-
charge extérieurs requis. Les éprouvettes pour essais en flexion
peuvent être testées dans des systèmes à poutres encastrées sée au front de fissure influe sur le champ de contrainte du
relativement simples, mais les éprouvettes soumises à des front de fissure;
efforts de traction exigent des machines d’essai de rupture en
b)
celles qui sont insensibles à (W-a), comme les éprouve-
fluage à charge constante ou des machines semblables. Dans
tes (DCB) pour essais en flexion à double poutre dans les-
ce cas, on peut réduire la dépense en testant des éprouvettes
quelles la face opposée est suffisamment éloignée du front
associées en série par des chaînes de chargement concues pour
de la fissure pour que cette position reste sans effet sur le
ne pas être déchargées lors de la rupture des éprouvettes. La
champ des contraintes en front de fissure.
taille de ces systèmes de mise sous contrainte signifie qu’il est
difficile de tester des éprouvettes à charge constante dans des
5.2.5
Certaines géométrie des éprouvettes décrites ci-dessus
conditions réelles, mais qu’on peut le faire dans des milieux
présentent des avantages particuliers qui font qu’on les utilise
extérieurs aux systèmes en service.
fréquemment pour les essais de corrosion sous contrainte. On
retiendra
5.2 Définition de l’éprouvette
a) les éprouvettes de type poutre encastrée pour flexion
La figure 1 illustre certains types d’éprouvettes préfissurées qui
qui sont d’un usinage aisé permettant des essais peu coû-
sous contrainte.
servent aux essais de corrosion
teux à charge constante;
5.2.1 On distingue deux types d’éprouvettes à charge cons-
b) les éprouvettes compactes (CTS) pour essais en trac-
tante:
tion qui limitent au minimum les exigences en matière de
matériel d’essai à charge constante;
de la contrainte augmente
a) celles où l’intensité avec la
longueur de la fissure;
c) les éprouvettes de type double poutre pour flexion
(DCS), autochargées, qui sont faciles à tester dans des con-
celles où ces deux paramètres ne sont absolument pas
b)
ditions de service à déplacement constant;
d) les éprouvettes de type T à ouverture latérale par effet
Les éprouvettes de type a) se prêtent à la détermination de
de coin (T-WOL) qui sont également autochargées et mini-
K,scc et à l’étude du rythme de propagation des fissures en
misent la quantité de matériau nécessaire pour des essais à
fonction de KI, tandis que celles de type b) conviennent à
déplacement constant;
l’étude fondamentale des mécanismes de corrosion sous con-
trainte.
e) les éprouvettes en forme de C qui peuvent être usinées
à partir de cylindres à parois épaisses pour étudier la propa-
gation radiale de fissures longitudinales sous charge cons-
5.2.2 Les éprouvettes à charge constante et K croissant peu-
vent être soumises à des efforts de traction ou de flexion. Selon tante.
leur définition, les éprouvettes soumises à un effort de traction
La figure 2a) à e) représente successivement les différents
peuvent subir des contraintes en front de fissure, qui sont en
types d’éprouvettes
standards.
majorité des contraintes de traction (comme les tôles épaisses à
fissure centrale) ou comporter une composante de flexion
5.2.6 S’il s’avère difficile, par exemple, de maîtriser I’amor-
significative (comme les éprouvettes compactes pour essais en
traction chargées au niveau du front de fissure). La présence cage et/ou la propagation de la fissure de fatigue, on peut réali-
ser une entaille en chevron comme le montre la figure 3. Si
d’une contrainte de flexion significative en front de fissure peut
être néfaste à la stabilité du parcours de propagation de la fis- besoin est, son angle de dégagement peut être porté de 90’
sure pendant les essais de corrosion sous contrainte et peut à 120°.
4
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ISO 7539-6 : 1989 (FI
5.2.7 Quand il est nécessaire de mesurer les déplacements circulaires d’une profondeur égale à 50 % de l’épaisseur de
associés à l’ouverture de fissure, comme pendant l’application l’éprouvette, il n’est pas toujours possible de maintenir la fis-
sure dans le plan de propagation voulu. En présence de rainures
d’une flèche à des éprouvettes à déplacement constant, des
tranchants de couteau permettant de placer les jauges de latérales, l’effet d’épaisseur réduite, B,, sur l’intensité de la
contrainte peut être pris en compte en remplacant B par
déplacement peuvent être usinés entre les lèvres de l’entaille,
comme le montre la figure 4a). Des tranchants de couteau dmdans les expressions ci-dessus. II demeure que l’effet
d’un rainurage latéral sur le facteur d’intensité de contrainte est
séparés peuvent être soit vissés, soit collés sur l’éprouvette sur
les bords opposés de l’entaille, comme le montre la figure 4 b). loin d’être connu et les facteurs de correction sont à manier
avec précaution, notamment en présence de rainures latérales
La figure 4c) donne les détails de réalisation d’une jauge de
profondes.
déplacement d’une poutre conique.
5.3.5 La figure 5a) à e) propose des solutions de Y pour les
5.3 Considbrations concernant le facteur
éprouvettes de géométrie courante en matiére d’essai de corro-
d’intensité de contrainte
sion sous contrainte.
5.3.1 La théorie de l’élasticité permet de démontrer que
54 . Préparation des éprouvettes
l’intensité de la contrainte, K,, agissant au front d’une fissure
sur des éprouvettes ou des structures de géométries différentes
5.4.1 Si possible, il convient d’usiner les éprouvettes ayant
peut être exprimée par des équations du type
l’orientation requise (voir figure 6) après traitement thermique
final. En ce qui concerne les éprouvettes d’un matériau qui ne
K, = Qnb
peut être usiné complétement à l’état traité, le traitement final
où peut avoir lieu avant la réalisation de l’entaille et la finition, si on
enlève au moins Of5 mm d’épaisseur de matière par face à I’usi-
est la constante géométrique;
Q
nage final. La trempe peut toutefois avoir lieu sur des éprouvet-
tes déjà usinées, lorsque ce traitement ne dégrade pas l’état des
est la contrainte appliquée;
surfaces et n’entraîne ni contrainte résiduelle, ni fissure de
a est la longueur de la fissure.
trempe, ni déformation.
5.3.2 On peut établir la valeur K, des éprouvettes de géomé- 5.4.2 Après usinage, il convient de dégraisser complètement
les éprouvettes afin de s’assurer qu’aucune contamination du
trie particulière en effectuant une analyse de contrainte par élé-
ments finis, ou par calcul expérimental ou théorique de la com- front de fissure ne se produise pendant des essais ultérieurs de
préfissuration de fatigue ou de corrosion sous contrainte.
pliante de l’éprouvette.
Lorsqu’il est nécessaire de fixer des électrodes à l’éprouvette
par brasage tendre ou fort pour contrôler la fissure par des
5.3.3 On peut calculer les valeurs de K, en appliquant un coef-
mesures de résistance électrique, il convient de dégraisser
ficient d’intensité de contrainte (sans dimension), Y, relatif à la
l’éprouvette au terme de cette opération et avant la préfissura-
longueur de fissure et exprimé par a/ W ou alH pour (W-a) sur
tion, afin d’ôter toute trace de flux résiduel.
différentes éprouvettes où W est la largeur et H la demi-
hauteur de l’éprouvette :
5.5 Identification des éprouvettes
YP
K, = -
Les marques d’identification des éprouvettes peuvent être
B@
poinconnées ou gravées soit sur le côté entaillé de l’éprouvette,
sôit sur les faces opposées parallèles à l’entaille.
pour les éprouvettes compactes pour essais en traction ou en
forme de C
6 Amorcage et propagation de la fissure
de fatigué
YP
K, =
6.1 II convient que la machine de fissurage par fatigue exerce
une contrainte répartie symétriquement par rapport à l’entaille
pour les éprouvettes de type T chargées pour ouverture
Par
et de connaître la force exercée à + 2’5 % près.
coin
effet de
6.2 Les conditions d’environnement existant pendant la pré-
fissuration de fatigue ainsi que les conditions de contrainte peu-
YP
vent influer sur le comportement ultérieur de l’éprouvette pen-
K, =
dant les essais de corrosion sous contrainte. Avec certains
matériaux, l’introduction du milieu d’essai pendant les opéra-
pour les éprouvettes à double poutre pour flexion.
tions de préfissuration favorisera un changement du mode nor-
mal transcristallin ductile de fissuration par fatigue à un mode
ressemblant davantage à une fissuration de corrosion sous con-
5.3.4 Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser des éprouvettes à rai-
trainte. Ceci peut faciliter I’amorcage ultérieur d’une fissuration
nures latérales pour freiner les tendances à la ramification, on
de corrosion sous contrainte et conduire à la détermination de
peut employer des rainures latérales peu profondes (générale-
valeurs d’amorcage homogènes de K,,,,. Sauf s’il est possible
ment 5 % de l’épaisseur de l’éprouvette, des deux côtés). On
d’entreprendre les essais de corrosion sous contrainte immédia-
peut prévoir des rainures semi-circulaires ou en V à 60° mais on
tement après la préfissuration, des traces d’agent corrosif en
notera que, même en présence de rainures latérales semi-
5
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ISO 7539-6 : 1989 (F)
front de fissure peuvent favoriser une tendance de
...
NORME ISO
7539-6
INTERNATIONALE
Première édition
X389-12-15
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 6 :
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
Corrosion of me tais and allo ys - Stress corrosion testing -
Part 6: Preparation and use of pre-cracked specimens
Numéro de référence
ISO 7539-6 : 1989 (FI
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ISO 7539-6 : 1989 (F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’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 I’ISO participent également aux travaux. LYS0 col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale KEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7539-6 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 156, Corrosion des m&aux et alliages.
L’ISO 7539 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général
Essais de corrosion sous contrainte :
Corrosion des métaux et alliages -
-
Partie 7: Guide général des méthodes d’essai
-
Partie 2: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en flexion
Partie 3: Préparation et utilisation des éprouvettes cintrées en U
- Partie 4: Préparation et utilisation des éprouvettes pour essais en traction
uniaxiale
Partie 5: Préparation et utilisation des éprouvettes en forme d’anneau en C
-
Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
-
Partie 7: Essais à faible vitesse de déformation
des
- Partie 8: Préparation et utilisation éprouvettes présen tant un cordon de
soudure
L’annexe A fait partie intégrante de la présente partie de I’ISO 7539.
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 . CH-1211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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ISO 7539-6 : 1989 (FI
Introduction
La présente partie de I’ISO 7539 fait partie intégrante d’une série de normes couvrant
les procédures de définition, de préparation et d’utilisation de différentes formes
d’éprouvettes destinées à la réalisation d’essais permettant d’évaluer la résistance des
métaux à la corrosion sous contrainte.
Chaque norme de la série doit être lue conjointement avec I’ISO 7539-l. Cette dernière
permet de choisir la méthode d’essai appropriée, adaptée aux cas particuliers, et four-
nit des directives pour évaluer la portée des résultats d’essais.
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Page blanche
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NORME INTERNATIONALE ISO 7539-6 : 1989 (FI
Corrosion des métaux et alliages - Essais de corrosion
sous contrainte -
Partie 6 :
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
lité d’appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée
1 Domaine d’application
ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO possédent le regis-
tre des Normes internationales en vigueur à un moment donné.
1.1 La présente partie de I’ISO 7539 couvre les procédures de
définition, de préparation et d’utilisation d’éprouvettes préfis-
ISO 7539-l : 1987, Corrosion des métaux et alliages - Essais
surées, servant à évaluer la sensibilité d’un métal à la corrosion
de corrosion sous con train te - Partie 7: Guide général des
sous contrainte. Des recommandations visant les éprouvettes
méthodes d’essai.
entaillées sont données dans l’annexe A.
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7539, le terme
3 Définitions
(( métal )) inclut également les alliages.
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7539, les défini-
1.2 Comme il est nécessaire de maintenir une contrainte élas- tions données dans I’ISO 7539-l ainsi que les suivantes s’appli-
tique en front de fissure, les éprouvettes préfissurées ne se prê- quent.
tent pas à l’évaluation des produits minces tels que les tôles
minces et les fils, et sont généralement utilisées pour des pro-
3.1 longueur de fissure, a: Longueur réelle de la fissure
duits plus épais tels que les tôles fortes, les barres et les pièces
mesurée entre sa pointe et selon la géométrie de l’éprouvette,
forgées. Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces
soit les lèvres de l’entaille, soit l’axe du point de chargement.
assemblées par soudage.
3.2 largeur de l’éprouvette, W : Largeur réelle de I’éprou-
1.3 Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une
vette mesurée entre sa face arrière et selon la géométrie de
contrainte quantitative à l’aide d’appareils exercant une charge
l’éprouvette, soit la face entaillée, soit le plan de chargement.
constante ou une charge uniformément croissante, ou bien
comprenant un dispositif qui engendre un déplacement cons-
3.3 épaisseur de l’éprouvette, B.
tant aux points d’application de charge.
Terme autodescriptif.
1.4 Les éprouvettes préfissurées présentent l’avantage de
permettre l’acquisition de données dont on peut déduire les tail-
3.4 épaisseur réduite aux rainures latérales, B,.
les critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par
corrosion sous contrainte peut se produire au niveau de pièces
Terme autodescriptif.
de géométrie connue soumises à des efforts connus. Ces
éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de
3.5 demi-hauteur de l’éprouvette, II.
propagation des fissures de corrosion sous contrainte.
Terme autodescriptif.
2 Référence normative
3.6 charge appliquée, P.
Terme autodescriptif.
La norme suivante contient des dispositions qui, par suite de la
référence qui en est faite, constituent des dispositions valables
pour la présente partie de I’ISO 7539. Au moment de la publica-
3.7 flèche au niveau de l’axe du point d’application de la
tion, l’édition indiquée était en vigueur. Toute norme est sujette
charge, VI.
à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la pré-
Terme autodescriptif.
sente partie de I’ISO 7539 sont invitées à rechercher la possibi-
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ISO 7539-6 : 1989 (FI
. 3.20
38 flèche par rapport à la ligne de chargement, T/. contrainte appliquée, 0.
Terme autodescriptif. Terme autodescriptif.
module d’élasticité, E.
39 . 3.21
facteur de correction géométrique, Q.
Terme autodescriptif.
Terme autodescriptif.
3.10 coefficient de facteur d’intensité de contrainte, Y:
3.22 quotient d’amplitude des forces impliquées dans le
Facteur déduit de l’analyse de contrainte pour une géométrie
cycle de fatigue, R : Rapport algébrique de la force minimale
d’éprouvette particulière, qui associe le facteur d’intensité de
à la force maximale d’un cycle d’endurance.
contrainte pour une longueur de fissure donnée à la charge et
aux dimensions de l’éprouvette.
3.23 vitesse de propagation de la fissure: Vitesse instan-
tanée de propagation d’une fissure mesurée par une technique
3.11 facteur d’intensité de contrainte en régime de de suivi en continu.
déformation plane, K,: Fonction de la charge appliquée, de la
longueur de la fissure et de la géométrie de l’éprouvette, ayant 3.24 vitesse moyenne de propagation d’une fissure:
les dimensions du produit d’une contrainte par une longueur; il
Vitesse moyenne de propagation d’une fissure calculée en divi-
définit de facon univoque l’intensification du champ de con- sant la longueur de fissure imputable à la corrosion sous con-
trainte élastique à la pointe d’une fissure soumise à des dépla-
trainte par la durée de l’essai.
cements associés aux modes d’ouverture en jeu :
3.25 orientation de l’éprouvette: Plan de rupture de
K, = contrainte appliquée 1 JE, en N. m -3/2
l’éprouvette identifié tout d’abord en référence au sens d’appli-
cation de la contrainte puis par référence au sens de propaga-
3.12 facteur d’intensité de contrainte initiale, K,i.
tion de la fissure exprimé par rapport aux trois axes de réfé-
rente: X, Y, et Z. Z coïncide avec l’effort principal exercé pen-
Terme autodescriptif.
dant la fabrication du matériau (axe travers court); X coincide
avec le sens du fibrage (axe longitudinal); et Y est perpendicu-
3.13 ténacité à la rupture en régime de déformation
laire aux axes X et Z (voir figure 6).
plane, K,,: Valeur critique de KI pour laquelle survient la pre-
mière propagation significative de la fissure indépendamment de
l’environnement, sous l’effet d’une intensité de contrainte crois- 4 Principe
sante en régime de forte résistance à la déformation plastique.
4.1 L’utilisation d’éprouvettes préfissurées témoigne de la
difficulté à garantir l’absence totale de défauts assimilables à
3.14 valeur provisoire de K,,, Ko: Ko = K,, si les critères
des fissures, introduits soit en cours de fabrication, soit en ser-
de validité de prédominance du régime de déformation plane
vice, dans les constructions de structures. La présence de tels
sont satisfaits.
défauts permet en outre de mettre en évidence une sensibilisa-
tion à la fissuration par corrosion sous contrainte qui, dans cer-
3.15 facteur d’intensité de contrainte limite pour la sen-
tains matériaux (par exemple le titane), pourrait ne pas etre
sibilité à la propagation de fissures de corrosion sous con-
révélée par des essais à charge constante sur éprouvette lisse.
trainte, K,,cc : Facteur d’intensité de contrainte au-delà de
Les principes de la mécanique de la rupture en régime élastique
laquelle la propagation des fissures de corrosion sous con-
linéaire permettent de quantifier la contrainte existante en front
trainte se manifeste et s’étend dans les conditions d’essai pres-
d’une fissure sur une éprouvette ou une structure préfissurée à
crites correspondant à une forte résistance à la déformation
partir d’intensité de contrainte en régime de déformation plane.
plastique, c’est-à-dire dans des conditions prédominantes de
déformation plane.
4.2 L’essai consiste à soumettre une éprouvette dans laquelle
on a créé une fissure par fatigue à partir d’une entaille usinée,
3.16 valeur provisoire de KISCC, KQSCC: KQSCc = KIscc
soit à une charge ou à un déplacement constant(e) aux points
du régime de défor-
si les critères de validité de prédominance
de chargement, soit à une charge croissante par ailleurs sou-
mation plane sont satisfaits.
mise à un environnement chimiquement agressif. Le but est de
quantifier les fissures en milieu donné, en termes de facteur
d’intensité de contrainte limite, K,,cc, et de cinétique de la pro-
3.17 facteur d’intensité de contrainte de fatigue, Kf:
Intensité de contrainte pour un régime de déformation plane pagation des fissures.
correspondant à l’amplitude maximale de la force mise en jeu
dans le cycle d’endurance.
4.3 Des données empiriques peuvent servir lors de la concep-
tion ou des prévisions de durée de vie, car elles permettent
d’assurer, soit que les contraintes agissant sur des structures
3.18 plage d’intensité de la contrainte de fatigue, AK,.
importantes ne suffiront pas à favoriser la fissuration en envi-
ronnement donné quels que soient les défauts préexistants,
Terme autodescriptif.
soit que l’importance de la vitesse de propagation qui se produi-
rait pendant la durée de vie calculée ou au cours de contrôles
3g19 limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 %, RP0 2.
I
peut être tolérée sans risque d’instabilité conduisant à la défail-
lance.
Terme autodescriptif.
2
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ISO 7539-6 : 1989 (FI
validité, il est permis d’utiliser des éprouvettes de semblable
5 Éprouvettes
épaisseur dès lors qu’on indique clairement que le facteur
d’intensité de contrainte limite obtenu, K,,,,, ne vaut que
5.1 Gh&alités
pour l’application prescrite. Quand on doit déterminer les
modalités de propagation des fissures de corrosion sous con-
5.1 .l On peut utiliser des éprouvettes de géométrie fort diffé-
trainte, en fonction du facteur d’intensité de contrainte, il con-
rentes, du type de celles qu’on emploie pour les essais de téna-
vient que la taille de l’éprouvette résulte d’une estimation de
cité à rupture. Le type d’éprouvette choisi sera fonction de la
l’intensité maximale de contrainte à laquelle on doit mesurer les
forme, de la résistance et de la sensibilité à la fissuration par
vitesses de propagation de fissure.
corrosion sous contrainte du matériau à essayer ainsi que de
l’objectif de l’essai.
5.1.4 On peut utiliser deux types principaux d’éprouvettes:
5.1.2 II faut absolument que les dimensions de l’éprouvette
a) les premières, pour les essais à déplacement constant,
soient suffisantes pour maintenir des conditions triaxiales domi-
qui sont chargées à l’aide de boulons incorporés;
nantes (régime de déformation plane), qui confinent la défor-
mation plastique au voisinage de la pointe de fissure. Les essais
b) les secondes, pour les essais à charge constante, qui
de ténacité à rupture révèlent que, pour obtenir une estimation
nécessitent un dispositif extérieur de chargement.
valable de K,,, il convient que la longueur de la fissure, a, et
l’épaisseur, B, ne soient pas inférieures à
5.1.5 Les éprouvettes soumises à un déplacement constant,
autochargées, présentent l’avantage d’être économiques étant
2
Klc
donné qu’aucun matériel extérieur de mise en charge n’est
2’5
R requis. Leur forme compacte facilite également leur exposition
pot2 )
!
à des environnements de service réel. Elles peuvent servir à
et qu’il est recommandé de choisir des éprouvettes plus impor-
déterminer K,,,,, soit par I’amorcage de fissures de corrosion
à
tantes dans lesquelles a et B sont au moins égaux sous contrainte à partir de préfissures de fatigue, auquel cas on
doit utiliser une série d’éprouvettes pour repérer précisément la
Klc 2 valeur limite, soit par arrêt de la propagation d’une fissure étant
4-
R donné que, dans des conditions d’essai à déplacement cons-
PV
i 1
tant, l’intensité de la contrainte décroît progressivement avec la
pour obtenir un état mécanique adéquat. propagation de la fissure. Une seule éprouvette suffira en prin-
cipe dans ce cas, mais dans la pratique, il est souvent recom-
Du point de vue de la mécanique de la rupture, on ne peut pres-
mandé d’en utiliser plusieurs (au moins trois), si l’on veut tenir
crire pour l’heure d’épaisseur minimale conduisant à l’obtention
compte des inconvénients cités en 5.1.6.
d’une valeur invariante de K,,,,. Un environnement agressif
pendant les essais de corrosion sous contrainte peut réduire
5.1.6 Les inconvénients liés
aux éprouvettes à déplacement
l’ampleur de la plasticité associée à la rupture et donc les
constant sont les suivants:
dimensions requises pour l’éprouvette assurant la limitation de
a) on ne peut mesurer les charges imposées indirecte-
la déformation plastique. Toutefois, afin de réduire au mini-
w’
mum le risque de régime mécanique inadéquat, il est recom- ment par des changements de déplacement;
mandé de retenir des critères équivalents à ceux observés lors
b) les produits d’oxydation ou de corrosion peuvent soit
des essais d’endurance à la rupture, en ce qui concerne les
favoriser l’ouverture des lèvres de la fissure par effet de coin
dimensions des éprouvettes, c’est-à-dire qu’il convient que
modifiant ainsi le déplacement imposé et la charge corres-
a et B ne soient pas inférieurs à
pondante, soit bloquer les lèvres de la fissure en empêchant
2
la pénétration de l’agent corrosif, ce qui nuit à la précision
Kl
2’5 R des mesures de longueur de fissure par des méthodes de
( PU 1
résistance électrique;
et qu’il soient de préférence au moins égaux à
c) des phénomènes de ramification d’émoussage de front
de fissure ou de croissance hors du plan de propagation
2
Kl
peuvent invalider les résultats;
4-
R
PU
i 1
d) l’arrêt de la fissure doit être défini par la croissance de la
fissure ou d’une valeur arbitraire de vitesse qu’il peut être
où K, est la valeur de l’intensité de contrainte à garantir pendant
difficile de mesurer avec précision;
l’essai.
e) la relaxation élastique du système de contrainte pen-
Pour tester la validité de la première de ces expressions, il con-
dant la propagation de la fissure peut provoquer un déplace-
vient remplacer K, par le facteur d’intensité de contrainte limite
ment et des efforts supérieurs à ceux prévus;
déterminé de cette facon.
,
f) la relaxation plastique dans l’éprouvette liée à des pro-
5.1.3 Si les éprouvettes doivent servir à déterminer K,,,,, il
cessus dépendant du temps peut aboutir à des efforts infé-
convient que la taille initiale de l’éprouvette résulte d’une esti-
rieurs à ceux prévus;
mation du K,,,, du matériau (il est préférable, dans un premier
g) il est parfois impossible de placer l’éprouvette dans son
temps, de surestimer la valeur K,scc et donc d’utiliser une
environnement d’essai avant de commencer à exercer la
éprouvette plus importante que celle à laquelle on finirait par
contrainte, ce qui peut retarder I’amorcage de la fissuration
aboutir). Si les exigences de service impliquent le recours à un
lors de la poursuite de l’essai.
matériau d’épaisseur insuffisante pour remplir les critères de
3
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Iso 7539-6 : 1989 (FI
favoriser la ramification avec certains matériaux. Les éprouvet-
5.1.7 L’avantage des éprouvettes à charge constante est que
les paramètres de contrainte peuvent être quantifiés avec tes pour essais en flexion peuvent être chargées en trois points,
quatre points ou en porte-à-faux.
rigueur. Comme la propagation de la fissure entraîne une ouver-
ture croissante de celle-ci, il est moins probable que des couches
d’oxyde obstruent la fissure ou exercent un effet d’entaille. On
5.2.3 Les éprouvettes à charge constante et K constant peu-
peut alors effectuer directement les mesures de longueur de fis-
vent être soumises à des efforts de torsion (par exemple tôles à
sure en faisant appel à certaines méthodes de contrôle continu.
fissure unilatérale en double torsion) ou de traction (par exem-
On dispose d’un vaste éventail d’éprouvettes à charge constante
ple double poutre profilée, encastrée). Bien que subissant un
adapté à la forme du matériau d’essai, aux installations disponi-
effort de traction, la définition de ces dernières engendre un
bles et aux buts de l’essai. Cela signifie qu’on peut étudier la pro-
infléchissement du parcours de la fissure avec tendance de la
pagation des fissures dans des conditions soit de flexion soit de
fissure à sortir du plan de propagation initial, ce qu’on évite par
traction. Les éprouvettes peuvent servir soit à déterminer Klscc
la présence de rainures latérales.
par I’amorcage d’une fissure de corrosion sous contrainte à partir
d’une fissure de fatigue précréée, à l’aide d’une série d’éprouvet-
5.2.4 Les éprouvettes à déplacement constant sont générale-
tes’ soit par la mesure de la vitesse de propagation des fissures.
ment autochargées par un boulon placé sur l’une des deux par-
Les éprouvettes à charge constante peuvent recevoir cette
ties qui vient heurter soit une enclume, soit un second boulon
charge pendant l’exposition en milieu d’essai, ce qui évite
de chargement sur la partie opposée. Deux types sont dispo-
l’inconvénient d’inutiles périodes d’incubation.
nibles :
a) celles qui sont sensibles à (W-a), comme les éprouvet-
5.1.8 L’inconvénient principal des éprouvettes à charge cons-
tante est le poids matériel et financier des systèmes de mise en tes compactes de type T à ouverture latérale par effet de
coin (T-WOL) dans lesquelles la proximité de la face oppo-
charge extérieurs requis. Les éprouvettes pour essais en flexion
peuvent être testées dans des systèmes à poutres encastrées sée au front de fissure influe sur le champ de contrainte du
relativement simples, mais les éprouvettes soumises à des front de fissure;
efforts de traction exigent des machines d’essai de rupture en
b)
celles qui sont insensibles à (W-a), comme les éprouve-
fluage à charge constante ou des machines semblables. Dans
tes (DCB) pour essais en flexion à double poutre dans les-
ce cas, on peut réduire la dépense en testant des éprouvettes
quelles la face opposée est suffisamment éloignée du front
associées en série par des chaînes de chargement concues pour
de la fissure pour que cette position reste sans effet sur le
ne pas être déchargées lors de la rupture des éprouvettes. La
champ des contraintes en front de fissure.
taille de ces systèmes de mise sous contrainte signifie qu’il est
difficile de tester des éprouvettes à charge constante dans des
5.2.5
Certaines géométrie des éprouvettes décrites ci-dessus
conditions réelles, mais qu’on peut le faire dans des milieux
présentent des avantages particuliers qui font qu’on les utilise
extérieurs aux systèmes en service.
fréquemment pour les essais de corrosion sous contrainte. On
retiendra
5.2 Définition de l’éprouvette
a) les éprouvettes de type poutre encastrée pour flexion
La figure 1 illustre certains types d’éprouvettes préfissurées qui
qui sont d’un usinage aisé permettant des essais peu coû-
sous contrainte.
servent aux essais de corrosion
teux à charge constante;
5.2.1 On distingue deux types d’éprouvettes à charge cons-
b) les éprouvettes compactes (CTS) pour essais en trac-
tante:
tion qui limitent au minimum les exigences en matière de
matériel d’essai à charge constante;
de la contrainte augmente
a) celles où l’intensité avec la
longueur de la fissure;
c) les éprouvettes de type double poutre pour flexion
(DCS), autochargées, qui sont faciles à tester dans des con-
celles où ces deux paramètres ne sont absolument pas
b)
ditions de service à déplacement constant;
d) les éprouvettes de type T à ouverture latérale par effet
Les éprouvettes de type a) se prêtent à la détermination de
de coin (T-WOL) qui sont également autochargées et mini-
K,scc et à l’étude du rythme de propagation des fissures en
misent la quantité de matériau nécessaire pour des essais à
fonction de KI, tandis que celles de type b) conviennent à
déplacement constant;
l’étude fondamentale des mécanismes de corrosion sous con-
trainte.
e) les éprouvettes en forme de C qui peuvent être usinées
à partir de cylindres à parois épaisses pour étudier la propa-
gation radiale de fissures longitudinales sous charge cons-
5.2.2 Les éprouvettes à charge constante et K croissant peu-
vent être soumises à des efforts de traction ou de flexion. Selon tante.
leur définition, les éprouvettes soumises à un effort de traction
La figure 2a) à e) représente successivement les différents
peuvent subir des contraintes en front de fissure, qui sont en
types d’éprouvettes
standards.
majorité des contraintes de traction (comme les tôles épaisses à
fissure centrale) ou comporter une composante de flexion
5.2.6 S’il s’avère difficile, par exemple, de maîtriser I’amor-
significative (comme les éprouvettes compactes pour essais en
traction chargées au niveau du front de fissure). La présence cage et/ou la propagation de la fissure de fatigue, on peut réali-
ser une entaille en chevron comme le montre la figure 3. Si
d’une contrainte de flexion significative en front de fissure peut
être néfaste à la stabilité du parcours de propagation de la fis- besoin est, son angle de dégagement peut être porté de 90’
sure pendant les essais de corrosion sous contrainte et peut à 120°.
4
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ISO 7539-6 : 1989 (FI
5.2.7 Quand il est nécessaire de mesurer les déplacements circulaires d’une profondeur égale à 50 % de l’épaisseur de
associés à l’ouverture de fissure, comme pendant l’application l’éprouvette, il n’est pas toujours possible de maintenir la fis-
sure dans le plan de propagation voulu. En présence de rainures
d’une flèche à des éprouvettes à déplacement constant, des
tranchants de couteau permettant de placer les jauges de latérales, l’effet d’épaisseur réduite, B,, sur l’intensité de la
contrainte peut être pris en compte en remplacant B par
déplacement peuvent être usinés entre les lèvres de l’entaille,
comme le montre la figure 4a). Des tranchants de couteau dmdans les expressions ci-dessus. II demeure que l’effet
d’un rainurage latéral sur le facteur d’intensité de contrainte est
séparés peuvent être soit vissés, soit collés sur l’éprouvette sur
les bords opposés de l’entaille, comme le montre la figure 4 b). loin d’être connu et les facteurs de correction sont à manier
avec précaution, notamment en présence de rainures latérales
La figure 4c) donne les détails de réalisation d’une jauge de
profondes.
déplacement d’une poutre conique.
5.3.5 La figure 5a) à e) propose des solutions de Y pour les
5.3 Considbrations concernant le facteur
éprouvettes de géométrie courante en matiére d’essai de corro-
d’intensité de contrainte
sion sous contrainte.
5.3.1 La théorie de l’élasticité permet de démontrer que
54 . Préparation des éprouvettes
l’intensité de la contrainte, K,, agissant au front d’une fissure
sur des éprouvettes ou des structures de géométries différentes
5.4.1 Si possible, il convient d’usiner les éprouvettes ayant
peut être exprimée par des équations du type
l’orientation requise (voir figure 6) après traitement thermique
final. En ce qui concerne les éprouvettes d’un matériau qui ne
K, = Qnb
peut être usiné complétement à l’état traité, le traitement final
où peut avoir lieu avant la réalisation de l’entaille et la finition, si on
enlève au moins Of5 mm d’épaisseur de matière par face à I’usi-
est la constante géométrique;
Q
nage final. La trempe peut toutefois avoir lieu sur des éprouvet-
tes déjà usinées, lorsque ce traitement ne dégrade pas l’état des
est la contrainte appliquée;
surfaces et n’entraîne ni contrainte résiduelle, ni fissure de
a est la longueur de la fissure.
trempe, ni déformation.
5.3.2 On peut établir la valeur K, des éprouvettes de géomé- 5.4.2 Après usinage, il convient de dégraisser complètement
les éprouvettes afin de s’assurer qu’aucune contamination du
trie particulière en effectuant une analyse de contrainte par élé-
ments finis, ou par calcul expérimental ou théorique de la com- front de fissure ne se produise pendant des essais ultérieurs de
préfissuration de fatigue ou de corrosion sous contrainte.
pliante de l’éprouvette.
Lorsqu’il est nécessaire de fixer des électrodes à l’éprouvette
par brasage tendre ou fort pour contrôler la fissure par des
5.3.3 On peut calculer les valeurs de K, en appliquant un coef-
mesures de résistance électrique, il convient de dégraisser
ficient d’intensité de contrainte (sans dimension), Y, relatif à la
l’éprouvette au terme de cette opération et avant la préfissura-
longueur de fissure et exprimé par a/ W ou alH pour (W-a) sur
tion, afin d’ôter toute trace de flux résiduel.
différentes éprouvettes où W est la largeur et H la demi-
hauteur de l’éprouvette :
5.5 Identification des éprouvettes
YP
K, = -
Les marques d’identification des éprouvettes peuvent être
B@
poinconnées ou gravées soit sur le côté entaillé de l’éprouvette,
sôit sur les faces opposées parallèles à l’entaille.
pour les éprouvettes compactes pour essais en traction ou en
forme de C
6 Amorcage et propagation de la fissure
de fatigué
YP
K, =
6.1 II convient que la machine de fissurage par fatigue exerce
une contrainte répartie symétriquement par rapport à l’entaille
pour les éprouvettes de type T chargées pour ouverture
Par
et de connaître la force exercée à + 2’5 % près.
coin
effet de
6.2 Les conditions d’environnement existant pendant la pré-
fissuration de fatigue ainsi que les conditions de contrainte peu-
YP
vent influer sur le comportement ultérieur de l’éprouvette pen-
K, =
dant les essais de corrosion sous contrainte. Avec certains
matériaux, l’introduction du milieu d’essai pendant les opéra-
pour les éprouvettes à double poutre pour flexion.
tions de préfissuration favorisera un changement du mode nor-
mal transcristallin ductile de fissuration par fatigue à un mode
ressemblant davantage à une fissuration de corrosion sous con-
5.3.4 Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser des éprouvettes à rai-
trainte. Ceci peut faciliter I’amorcage ultérieur d’une fissuration
nures latérales pour freiner les tendances à la ramification, on
de corrosion sous contrainte et conduire à la détermination de
peut employer des rainures latérales peu profondes (générale-
valeurs d’amorcage homogènes de K,,,,. Sauf s’il est possible
ment 5 % de l’épaisseur de l’éprouvette, des deux côtés). On
d’entreprendre les essais de corrosion sous contrainte immédia-
peut prévoir des rainures semi-circulaires ou en V à 60° mais on
tement après la préfissuration, des traces d’agent corrosif en
notera que, même en présence de rainures latérales semi-
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ISO 7539-6 : 1989 (F)
front de fissure peuvent favoriser une tendance de
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