ISO 12106:2003

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

ISO 12106:2003 specifies a method of testing uniaxially loaded specimens under strain control at constant amplitude, uniform temperature and a strain ratio of -1. It can also be used as a guide for testing under other conditions.

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

L'ISO 12106:2003 spécifie une méthode d'essai de fatigue par déformation axiale contrôlée. Elle s'applique à des éprouvettes chargées de manière uniaxiale sous contrôle des déformations à amplitude constante, température uniforme et rapport de déformation égal à -1. L'ISO 12106:2003 peut aussi être utilisée comme lignes directrices pour des essais sous d'autres conditions.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 01-Apr-2003
• Withdrawal Date: 01-Apr-2003
• ICS: 77.040.10 - Mechanical testing of metals
• Technical Committee: ISO/TC 164 - Mechanical testing of metals
• Drafting Committee: ISO/TC 164 - Mechanical testing of metals
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 23-Mar-2017
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidated By: ISO 13120:2013 - Health informatics - Syntax to represent the content of healthcare classification systems - Classification Markup Language (ClaML)
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revised: ISO 12106:2017 - Metallic materials - Fatigue testing - Axial-strain-controlled method
• Effective Date: 03-Aug-2013

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12106
First edition
2003-03-15
Metallic materials — Fatigue testing —
Axial-strain-controlled method
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par déformation
axiale contrôlée
Reference number
©
ISO 2003
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Symbols . 2
4.1 Specimens . 3
4.2 Fatigue testing. 3
4.3 Expression of results. 5
5 Apparatus. 5
5.1 Test machine . 5
5.2 Strain measurement. 6
[10, 14 to 16]
5.3 Heating device and temperature measurement . 6
5.4 Instrumentation for test monitoring. 8
5.5 Checking and verification . 9
6 Specimens . 9
6.1 Geometry. 9
6.2 Preparation of specimens . 15
7 Procedure. 17
7.1 Laboratory environment. 17
7.2 Test machine control . 17
7.3 Mounting of the specimen. 17
7.4 Cycle shape — Strain rate or frequency of cycling. 18
7.5 Start of test . 18
7.6 Number of specimens. 19
7.7 Data recording. 19
7.8 Failure criteria . 19
7.9 End of test. 21
8 Expression of results. 22
8.1 Data necessary. 22
8.2 Basic data . 22
8.3 Analysis of results . 22
9 Test report. 24
9.1 General. 24
9.2 Purpose of the test. 24
9.3 Material. 24
9.4 Specimen . 24
9.5 Test methods. 24
9.6 Test conditions. 25
9.7 Presentation of results . 25
9.8 Values to be stored in a low-cycle fatigue database. 27
Annex A (informative) Examples of alignment-checking methods . 29
Annex B (informative) Examples of graphical presentation of results . 30
Bibliography . 34

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12106 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee
SC 5, Fatigue testing.
iv © ISO 2003 — All rights reserved

Introduction
The design of mechanical components subjected to fatigue loadings requires, in a number of industrial sectors
(nuclear, aeronautical, mechanical engineering), the knowledge of the behaviour of the materials under
reversed strain control conditions (referred to as low-cycle fatigue) when cyclic plasticity is present.
In order to ensure reliability and consistency of results from different laboratories, it is necessary to collect all
data using test methodologies that comply with a number of key points.
This International Standard concerns both the generation and the presentation of results for fatigue properties
of metallic materials.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 12106:2003(E)

Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled
method
1 Scope
This International Standard specifies a method of testing uniaxially loaded specimens under strain control at
constant amplitude, uniform temperature and strain ratio R = −1.
ε
It can also be used as a guide for testing under other conditions.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 9513:1999, Metallic materials — Calibration of extensometers used in axial testing
3 Terms and definitions
[3 to 9]
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
stress
instantaneous force divided by the instantaneous cross-sectional area of the gauge length
σ = F /A
NOTE At strain values less than 10 %, the true stress is approximated by the engineering stress, F /A .
F o
3.2
gauge length
length between extensometer measurement points
3.3
strain
true total strain
L
dL
ε =
∫
L
L
o
where L is the instantaneous length of the gauge section
NOTE At true strain values less than 10 %, ε is approximated by the engineering strain ∆L/L .
o
3.4
cycle
smallest segment of the strain-time function that is repeated periodically
3.5
maximum
greatest algebraic value of a variable within one cycle
3.6
minimum
least algebraic value of a variable within one cycle
3.7
mean
one-half of the algebraic sum of the maximum and minimum values of a variable
3.8
range
algebraic difference between the maximum and minimum values of a variable
3.9
amplitude
half the range of a variable
3.10
fatigue life
N
f
number N of cycles that have to be applied to achieve a failure
NOTE Failure criteria are defined, for example, in 7.8. The failure criterion used shall be reported with the results.
3.11
hysteresis loop
closed curve of the stress-strain response during one cycle
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols defined in 4.1 to 4.3 apply.
2 © ISO 2003 — All rights reserved

4.1 Specimens
See Table 1.
Table 1 — Symbols and designations concerning specimens
Specimen Symbol Designation Unit
L Initial gauge length mm
o
L Instantaneous gauge length mm
A Initial gauge section mm
o
A Instantaneous section with AL = A L mm
o o
A Minimum area at failure mm
f
Transition radius (from parallel length into
r mm
the grip end of the test specimen)
L Total length of specimen mm
t
Cylindrical
d Diameter of cylindrical gauge section mm
D External diameter of specimen mm
L Length of reduced section mm
r
Flat-sheet
B Width of gauge section mm
t Thickness mm
W Width of grip end mm
4.2 Fatigue testing
4.2.1 Symbols
E modulus of elasticity, in gigapascals (GPa);
E modulus for unloading following a peak tensile stress (see Figure 1), in gigapascals (GPa);
T
E modulus for unloading following a peak compression stress (see Figure 1), in gigapascals (GPa);
C
N number of cycles to failure;
f
t time to failure (= N cycles), in seconds (s);
f f
σ true stress, in megapascals (MPa);
ε true strain;
∆ range of a parameter;
R 0,2 % proof stress;
p0,2
Rz mean surface roughness, in micrometres (µm);
R stress ratio (=σσ );
min max
σ
R strain ratio =εε ;
( )
ε min max
−1

e strain rate, in seconds to the power of minus one (s ).
Figure 1 — Stress-strain hysteresis loop

4.2.2 Subscripts
t total;
p plastic;
e elastic;
a amplitude;
m mean;
1/4 related to first 1/4-cycle;
min minimum;
max maximum.
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4.3 Expression of results
See Table 2.
Table 2 — Symbols and designations concerning the expression of results
Symbol Designation Unit
a
σ Cyclic yield strength MPa
y′
n Monotonic strain hardening exponent —
n′ Cyclic strain hardening exponent —
K Monotonic strength coefficient MPa
K′ Cyclic strength coefficient MPa
σ Fatigue strength coefficient MPa
f′
b Fatigue strength exponent —
Fatigue ductility coefficient —
ε
f′
c
Fatigue ductility exponent —
a
0,2 % offset is typically used.

5 Apparatus
5.1 Test machine
5.1.1 General
The tests shall be carried out on a tension-compression machine designed for a smooth start-up with no
backlash when passing through zero. The machine shall have great lateral rigidity when the crosshead is in
the operating position and accurate alignment between the test space support references.
The complete machine-loading system (including load cell, grips and specimen) shall have great lateral rigidity
and be capable of controlling strain and measuring force when applying the recommended wave cycle. It may
be hydraulic or electromechanical.
5.1.2 Load cell
The load cell shall be designed for tensile-compressive fatigue tests and shall have great axial and lateral
rigidity. Its capacity shall be suitable for the forces applied during the test.
The indicated force as recorded at the output from the computer in an automated system or from the final
output recording device in any non-automated system shall be within the specified permissible variation from
the actual force. The load cell capacity shall be sufficient to cover the range of forces measured during a test
to an accuracy better than 1 % of the reading.
The load cell shall be temperature-compensated and shall not have zero drift or sensitivity variation greater
than 0,002 % of full scale per degree Celsius.
During high-temperature or cryogenic testing, suitable shielding/compensation may be provided for the cell so
it is maintained within its compensation range.
5.1.3 Gripping of specimen
The gripping device shall transmit the cyclic forces to the specimen without backlash along its longitudinal axis.
The distance between the grips shall be small to avoid any tendency of the specimen to buckle. The
geometric qualities of the device shall ensure correct alignment in order to meet the requirements specified in
5.1.4; it is therefore necessary to limit the number of components of which these gripping devices are
composed and reduce the number of mechanical interfaces to a minimum.
The gripping device shall ensure that the way in which the specimen is mounted is reproducible. It shall have
surfaces ensuring the alignment of the specimen and surfaces allowing transmission of tensile and
compressive forces without backlash throughout the duration of the test. Materials shall be selected so as to
ensure correct functioning across the test temperature range.
5.1.4 Alignment check
Bending due to misalignment in rigid-grip systems is generally caused by one or more of the following (see
Figure 2): angular offset of the grips, lateral offset of the loading bars (or grips) in an ideally rigid system, an
offset in the load-train assembly in a non-rigid system or (in the case of servo-hydraulic machines) an actuator
rod with side-play in the bearings.
The alignment shall be checked before each series of tests and any time a change is made to the load train.
The bending strains shall be < 5 % of the axial strain at both the maximum and minimum applied strain.
Figure 3 shows a recommended strain gauge configuration for checking alignment. There are other
[17 to 20]
techniques for measuring alignment that are adequate for this purpose. See Annex A for details of
methodology. For an example of an alignment check that includes an elastic-plastic method, see [19].
5.2 Strain measurement
The strain shall be measured from the specimen using an axial extensometer.
The extensometer used shall be suitable for measuring dynamic strain over long periods during which there
shall be minimal drift, slippage and instrument hysteresis. It shall measure directly the axial strain on the
gauge section of the specimen.
The strain-measuring system, including the extensometer and its associated electronics, shall be accurate to
within 1 % of the range of strain applied. The extensometer shall conform to ISO 9513:1999, Class 1.
The geometry of the contact zones and the pressure exerted by the extensometer on the specimen shall be
such that they prevent slippage of the extensometer but do not damage the specimen.
The transducer section of the extensometer shall be protected from thermal fluctuations that give rise to drift.
[10, 14 to 16]
5.3 Heating device and temperature measurement
A uniform rise in temperature shall be ensured without the test temperature being exceeded.
If a direct induction heating system is used, it is advisable to select a generator with a frequency sufficiently
low to prevent “skin effects” on heating.
The heating device shall produce a temperature gradient not exceeding 3 °C over the gauge length of the
specimen and shall ensure, throughout the test, and with due consideration to all combined sources of error,
that deviations between the test temperature and that of the specimen are within 5 °C.
These deviations shall be checked using three thermocouples or other appropriate devices, one at each end
and one in the middle of the gauge length of the specimen.
In a test, the specimen temperature may be measured using thermocouples in contact with the specimen
surface. Direct contact between the thermocouple and the specimen is necessary and shall be achieved
6 © ISO 2003 — All rights reserved

without affecting the test results (e.g. crack initiation at the point of contact of the thermocouple shall be
avoided). Commonly used methods of attaching the thermocouples are by binding in place, by pressure or by
resistance spot welding.
The temperature shall be measured by at least one sensor independently of the one used for control purposes.

a) Angular offset b) Lateral offset

c) Load-train offset in a non-rigid system
Figure 2 — Bending mechanisms due to misalignment in fatigue test systems
εε−
A2 A1
Bending X-X: ×=100 % A
X-X
εε+
A2 A1
εε−
A3 A4
Bending Y-Y: ×=100 % A
Y-Y
εε+
A3 A4
Bending in plane A: %%AA+<5%
()( )
X-X Y-Y
Shall be repeated for plane C with plane B optional.
No plane is allowed to have bending greater than 5 %.
Figure 3 — Alignment scheme
5.4 Instrumentation for test monitoring
5.4.1 Recording systems
The following systems shall be considered a minimum requirement for the analog recording of data:
 an X-Y recorder used to record stress-strain hysteresis loops;
 a recorder for several time-dependent parameters: force, strain and temperature;
 a peak-to-peak detector.
8 © ISO 2003 — All rights reserved

Variant 1:
The X-Y recorder may be replaced by an oscilloscope or digital storage device capable of reproducing the
recorded signal either in photographic or analog form. These devices are necessary when the rate of
recording of signals higher than the maximum rate of the recorder. They allow permanent records to be
reproduced subsequently at a lower rate.
Variant 2:
The systems described above may be replaced by a computerized system capable of carrying out the task of
collecting and processing data digitally. The sampling frequency of stress-strain data points shall be sufficient
to ensure correct definition of the hysteresis loop, especially in the regions of strain reversal. Different data
collection strategies will affect the number of data points per loop needed, however. Typically, 200 points per
loop are required.
5.4.2 Cycle counter
A cycle counter is essential for knowing the number of straining cycles. For the majority of the strain rates
used, counters without multiplication factors should suffice.
5.5 Checking and verification
The test machine and its control and measurement systems shall be checked regularly.
Specifically:
Each transducer and its associated electronics shall always be checked as a unit:
 the force-measuring system(s) shall be verified in accordance with the relevant ISO or national standard;
 the strain-measuring system(s) shall be verified in accordance with the relevant ISO or national standard;
 the temperature-measuring system(s) shall be verified in accordance with the relevant ISO or national
standard.
It is good practice before each series of tests to check the gauge length of the extensometer, the load cell and
the extensometer calibration using a shunt resistor or another suitable method, and also to check the
thermocouple or pyrometer calibration.
6 Specimens
6.1 Geometry
6.1.1 Products (bars and flat sheets over 5 mm thick)
The gauge portion of the specimen in a low-cycle fatigue test represents a volume element of the material
under study, which implies that the geometry of the specimen shall not affect the use of the results.
This geometry shall fulfil the following conditions:
 provide a uniform cylindrical gauge portion;
 minimize the risk of buckling in compression to avoid failure initiation at the transition radius;
 provide a uniform strain distribution over the whole gauge portion;
 allow the extensometer to measure the strain without interference or slippage.
The parallel-sided length of the specimen shall be longer than the extensometer gauge length. However, to
reduce the risk of failure outside the extensometer gauge length, it shall not exceed L + (d/2).
o
Taking into account these requirements, the experience gained by a large number of laboratories and the
results of calculations taken from different types of specimens (see references [21] to [30] in Bibliography), the
following geometric dimensions (see Figure 4) are recommended:
 diameter of cylindrical gauge length: d = 5 mm
 gauge length: L = 2d
o
 transition radius (from parallel-sided section to grip end): r = 2d
 external diameter (grip end): D = 2d
 length of reduced section: L < 8d
r
Other geometric cross-sections and gauge lengths may be used for specimens provided that uniform
distribution of stress and strain in the gauge length is ensured.
It is important that general tolerances for the specimens respect the three following properties:
 parallelism: = 0,005D;
 concentricity: = 0,005D;
 perpendicularity: = 0,005D;
(these values are expressed in relation to the axis or reference plane).
The dimensions of end connections shall be defined as a function of the test machine. Recommended end
connections are as follows:
 threaded connection;
 smooth cylindrical connection (with hydraulic jaws);
 button-end connection.
The test fixture shall locate the specimen and provide axial alignment. It shall not permit backlash. Design of
the test fixture will depend on the specimen end details. A number of examples are given in Figure 5.
In general, designs in which specimen alignment depends entirely on screw threads are not recommended.
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a
Function of gripping system
Figure 4 — Recommended geometry of cylindrical specimen

6.1.2 Flat products of thickness less than 5 mm
6.1.2.1 General
In general, the considerations discussed in the preceding paragraphs also apply to tests on the above
products. However, these tests require specific geometries and fixtures in order to avoid problems of buckling.
Due to the fact that low loads are generally applied, more sensitive force transducers than usual may be
required. The gripping system may necessitate the use of flat mechanical or hydraulic jaws. However, with the
latter type of assembly it is difficult to ensure correct alignment.
In general, the width of the specimen is reduced in the gauge length to avoid failures in the grips. In some
applications, it might be necessary to add end tabs to increase the grip end thickness as well as to avoid
failure in the grips (see Figure 6).
The correct alignment of the specimen shall be carefully checked with a trial specimen for:
 parallelism and alignment of the grips;
 alignment of specimen with the loading axis.
This verification shall be carried out using a specimen, with a geometry as similar as possible to that of the
test specimen, instrumented with strain gauges on the two faces.

a) Button-head fixture b) Button-head or efficiency button-head fixture

c) Threaded-specimen fixture d) Straight-sided (cylindrical) specimen fixture
Key
1 clamp 6 conical split collar
2 body of fixture 7 threaded specimen
3 cylindrical split collar 8 cylindrical specimen
4 button-head specimen 9 body of fixture
5 button-head or efficiency button-head specimen 10 conical chuck
The clamping force shall be greater than the cyclic load to avoid backlash within the specimen fixture.
a d
Clamping force To load train
b e
Flat anvil for specimen alignment Specimen clamping
c f
Cyclic load Flat anvil and specimen end for alignment
Figure 5 — Schematic examples of fixing techniques for various specimen designs
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Key
1 body of fixture
2 conical clamp
3 sheet specimen
4 conical chuck
5 bent end tabs to prevent grip indentation in gripping area (may be held in place by epoxy)
6 rounded end tabs
a
Clamping force
b
Cyclic load
Figure 6 — Gripping scheme for flat-sheet specimen

6.1.2.2 Thicknesses between 2,5 mm and 5 mm
It is possible to conduct these tests without anti-buckling restraints.
A possible geometry for a flat specimen is shown in Figure 7. In this case, it is preferable to use an
extensometer positioned on one face of the specimen rather than on the edge.
Dimensions in millimetres
a
Function of gripping system
Figure 7 — Possible geometry of flat-sheet specimen

6.1.2.3 Thicknesses below 2,5 mm
The use of anti-buckling restraints may be necessary. Their geometries shall be matched to those of the
specimens and shall allow strains to be measured along their edges.
A number of precautions are required to limit the increase in load induced by friction between the restraint and
specimen. This friction shall not at any time create a load increase greater than 2 %. The use of a
polytetrafluoroethylene film approximately 1 mm thick, for example, offers a partial solution to this problem, as
does boron nitride powder as a dry lubricant. Hydrocarbon-based lubricants are not recommended as they will
affect the test results.
The frictional forces may vary from one specimen to another. They shall be measured before each test from
the load-displacement curves recorded in the elasticity range of the material in tension with and without anti-
buckling restraints.
The use of anti-buckling restraints may require strain measurement on the edge of the specimen. In this case,
it is advisable to use two identical extensometers positioned on both sides of the specimen and use the
average signal to control the test.
An example of an anti-buckling restraint is shown in Figure 8.
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Key
1 polytetrafluoroethylene film
2 specimen
Figure 8 — Anti-buckling restraints for flat-sheet specimen
6.2 Preparation of specimens
6.2.1 General
In any low-cycle 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. A deviation from these
recommendations is possible if the test programme aims to determine the influence of a specific factor
(surface treatment, oxidation, etc.) that is incompatible with these recommendations. In all cases, any
deviation shall be noted in the test report.
6.2.2 Machining procedure
The machining procedure selected may produce residual stresses on the specimen surface likely to affect the
test results. These stresses may be induced by heat gradients at the machining stage or they may be
associated with deformation of the material or microstructural alterations. Their influence is less marked in
tests at elevated temperatures because they are partially or totally relaxed once the temperature is maintained.
However, they should 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 preferred.
 Grinding: from 0,1 mm of the final diameter 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 axis.
NOTE 1 Alteration in the microstructure of the material.
This phenomenon may be caused by the increase in temperature and by the strain-hardening induced by machining. It
may be a matter of a change in phase or, more frequently, of surface recrystallization.
The immediate effect of this is to make the test invalid as the material tested is no longer the initial material. Every
precaution should therefore be taken to avoid this risk.
NOTE 2 Introduction of contaminants.
The mechanical properties of certain materials deteriorate in the presence of certain elements or compounds. An example
of this is the effect of c
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 12106
Première édition
2003-03-15
Matériaux métalliques — Essais de
fatigue — Méthode par déformation axiale
contrôlée
Metallic materials — Fatigue testing — Axial-strain-controlled method

Numéro de référence
©
ISO 2003
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ii © ISO 2003 — Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
4.1 Éprouvettes . 3
4.2 Essai de fatigue. 3
4.3 Expression des résultats. 5
5 Appareillage. 5
5.1 Machine d'essai. 5
5.2 Mesurage de la déformation . 6
[10, 14 à 16]
5.3 Dispositif de chauffage et mesurage de la température . 6
5.4 Instrumentation pour suivi d'essai. 8
5.5 Contrôle et vérification. 9
6 Éprouvettes . 9
6.1 Géométrie. 9
6.2 Préparation des éprouvettes. 15
7 Mode opératoire . 17
7.1 Milieu d'essai en laboratoire . 17
7.2 Contrôle de la machine d'essai . 17
7.3 Montage de l'éprouvette. 18
7.4 Forme du cycle — Vitesse de déformation ou fréquence des cycles . 18
7.5 Début de l'essai . 18
7.6 Nombre d'éprouvettes . 19
7.7 Enregistrement des données. 19
7.8 Critères de défaillance. 19
7.9 Fin de l'essai. 22
8 Expression des résultats. 22
8.1 Données nécessaires . 22
8.2 Données de base. 22
8.3 Analyse des résultats . 22
9 Rapport d'essai . 24
9.1 Généralités. 24
9.2 Objectif de l'essai. 24
9.3 Matériau. 24
9.4 Éprouvette. 24
9.5 Méthodes d'essai . 25
9.6 Conditions de l'essai . 25
9.7 Présentation des résultats . 26
9.8 Valeurs à stocker dans une base de données de fatigue oligocyclique. 27
Annexe A (informative) Exemples de méthodes de vérification de l'alignement. 29
Annexe B (informative) Exemples de représentations graphiques de résultats . 30
Bibliographie . 34

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12106 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 5, Essais de fatigue.
iv © ISO 2003 — Tous droits réservés

Introduction
La conception de composants mécaniques soumis à des chargements de fatigue exige, dans un certain
nombre de secteurs industriels (ingénierie nucléaire, aéronautique, mécanique), la connaissance du
comportement des matériaux sous des conditions de contrôle de déformation réversible (référencé comme
fatigue oligocyclique) s'il y a une plasticité cyclique.
Pour s'assurer de la fiabilité et de la cohérence des résultats de laboratoires différents, il est nécessaire de
recueillir toutes les données en utilisant des méthodes d'essai qui obéissent à un nombre de points-clefs.
La présente Norme internationale concerne l’expression et la présentation des résultats pour les
caractéristiques à la fatigue des matériaux métalliques.

NORME INTERNATIONALE ISO 12106:2003(F)

Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
déformation axiale contrôlée
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode d’essai de fatigue par déformation axiale contrôlée.
Elle s’applique à des éprouvettes chargées de manière uniaxiale sous contrôle des déformations à amplitude
constante, température uniforme et rapport de déformation R = −1.
ε
La présente Norme internationale peut aussi être utilisée comme lignes directrices pour des essais sous
d'autres conditions.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 9513:1999, Matériaux métalliques — Étalonnage des extensomètres utilisés lors d'essais uniaxiaux
3 Termes et définitions
[3 à 9]
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
contrainte vraie
force instantanée divisée par l'aire instantanée de la section transversale de la longueur de base
σ = F/A
NOTE Pour des valeurs de déformation inférieures à 10 %, la contrainte vraie est prise égale par approximation à la
contrainte conventionnelle, F /A .
F o
3.2
longueur de base
longueur comprise entre les points de mesure de l'extensomètre
3.3
déformation
déformation rationnelle totale
L
dL
ε =
∫
L
L
o
où L est la longueur instantanée de la section calibrée
NOTE Pour des valeurs de déformation rationnelle inférieures à 10 %, ε est prise égale par approximation à la valeur
conventionnelle ∆L/L .
o
3.4
cycle
plus petit segment de la fonction déformation-temps qui est répété de façon périodique
3.5
maximum
plus grande valeur algébrique d'une variable à l'intérieur d'un cycle
3.6
minimum
plus petite valeur algébrique d'une variable à l'intérieur d'un cycle
3.7
moyenne
demi-somme algébrique des valeurs maximum et minimum d'une variable
3.8
étendue
différence algébrique entre les valeurs maximum et minimum d'une variable
3.9
amplitude
moitié de l'étendue d'une variable
3.10
durée de vie en fatigue
N
f
nombre N de cycles appliqués pour remplir un critère de défaillance
NOTE Le critère de défaillance est défini, par exemple, en 7.8. Le critère de défaillance utilisé doit être reporté avec
les résultats.
3.11
cycle d'hystérésis
courbe fermée de la réponse contrainte-déformation pendant un cycle
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles définis de 4.1 à 4.3 s'appliquent.
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4.1 Éprouvettes
Voir Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et désignations concernant les éprouvettes
Éprouvette Symbole Désignation Unité
L Longueur de base initiale mm
o
L Longueur de base instantanée mm
A Section initiale de la partie utile mm
o
A Section instantanée avec AL = A L mm
o o
A Aire minimale à la rupture mm
f
Rayon de raccordement (à partir de la
r longueur calibrée jusqu'à la tête mm
d'amarrage de l'éprouvette)
L Longueur totale de l'éprouvette mm
t
Cylindrique
d Diamètre de la section circulaire calibrée mm
D Diamètre extérieur de l'éprouvette mm
L Longueur de la partie à section réduite mm
r
Tôle mince
B Largeur de la section calibrée mm
t Épaisseur mm
W Largeur de la tête d'amarrage mm

4.2 Essai de fatigue
4.2.1 Symboles
E module d'élasticité, en gigapascals (GPa);
E module au déchargement après une contrainte de traction de crête (voir Figure 1), en gigapascals
T
(GPa);
E module au déchargement après une contrainte de compression de crête (voir Figure 1), en gigapascals
C
(GPa);
N Nombre de cycles jusqu'à la défaillance;
f
t temps jusqu'à la défaillance (= N périodes du cycle), en secondes (s);
f f
σ contrainte vraie, en mégapascals (MPa);
ε déformation rationnelle;
∆ étendue pour un paramètre;
R limite conventionnelle d'élasticité à 0,2 %;
p0,2
Rz rugosité de surface moyenne, en micromètres (µm);
R rapport de contraintes =σσ ;
( )
min max
σ
R rapport de déformation =εε ;
( )
min max
ε
−1

e vitesse de déformation, en secondes à la puissance moins un (s ).
Figure 1 — Cycle d'hystérésis contrainte-déformation

4.2.2 indices
t total;
p plastique;
e élastique;
a amplitude;
m moyen;
1/4 relatif au premier 1/4 cycle;
min minimum;
max maximum.
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4.3 Expression des résultats
Voir Tableau 2.
Tableau 2 — Symboles et désignations concernant l’expression des résultats
Symbole Désignation Unité
a
σ
Limite d'élasticité cyclique MPa
y′
n
Coefficient d'écrouissage en chargement monotone —
n′ Exposant d'écrouissage cyclique —
K Coefficient de résistance monotonique MPa
K′ Coefficient de résistance cyclique MPa
σ
Coefficient de résistance à la fatigue MPa
f′
b
Exposant de résistance à la fatigue —
ε
Coefficient de ductilité à la fatigue —
f′
c Exposant de ductilité à la fatigue —
a
Une déformation plastique de 0,2 % est généralement utilisée.

5 Appareillage
5.1 Machine d'essai
5.1.1 Généralités
Les essais doivent être menés sur une machine de traction-compression conçue pour un démarrage en
douceur sans jeu au passage par le zéro. La machine doit avoir une grande rigidité latérale quand la tête est
en position de fonctionnement et un alignement précis entre les références des supports de l'espace d'essai.
Le système complet de chargement de la machine (y compris la cellule de charge, les mâchoires et
l'éprouvette) doit avoir une grande rigidité latérale et être capable de contrôler la déformation et de mesurer la
force quand on applique le cycle d'onde recommandé. Il peut être hydraulique ou électromécanique.
5.1.2 Cellule de charge
La cellule de charge doit être conçue pour des essais de fatigue en traction et en compression et doit avoir
une grande rigidité axiale et latérale. Sa capacité doit être adaptée aux forces appliquées au cours de l'essai.
La force indiquée, telle qu'enregistrée en sortie par le calculateur dans un système automatisé ou par
l'appareil-enregistreur de sortie finale dans tout système non automatisé, doit être incluse dans les écarts
admissibles spécifiés par rapport à la force réelle. La capacité de la cellule de charge doit être suffisante pour
couvrir la gamme de forces mesurées pendant un essai à une précision meilleure que 1 % de la lecture.
La cellule de charge doit être compensée en température et ne doit pas avoir de dérive du zéro ni de variation
de sensibilité supérieure à 0,002 % de la pleine échelle par degré Celsius.
Pendant des essais à haute température ou en cryogénie, une protection/compensation convenable peut être
appliquée à la cellule de charge de façon à la maintenir dans sa gamme de compensation.
5.1.3 Amarrage de l'éprouvette
Le dispositif d'amarrage doit transmettre les forces cycliques à l'éprouvette sans jeu sur son axe longitudinal.
La distance entre les mâchoires doit être petite pour éviter le flambage de l'éprouvette. Les qualités
géométriques du dispositif doivent assurer un alignement correct pour respecter les exigences spécifiées en
5.1.4; il est donc nécessaire de limiter le nombre de composants dont les dispositifs d'amarrage sont
constitués et de réduire le nombre d'interfaces mécaniques à un minimum.
Les dispositifs d'amarrage doivent assurer un assemblage reproductible de l'éprouvette. Il doit avoir des
surfaces assurant l'alignement de l'éprouvette et des surfaces permettant la transmission des forces de
traction et de compression sans jeu pendant toute la durée de l'essai. Les matériaux doivent être choisis de
façon à assurer un fonctionnement correct sur toute la gamme de température de l'essai.
5.1.4 Vérification de l'alignement
La flexion due à un défaut d'alignement dans des systèmes à mâchoires rigides est généralement causée par
(voir Figure 2): un décalage angulaire des mâchoires pour éprouvettes, un décalage latéral des barres de
chargement (ou l'ensemble mâchoires-éprouvettes) dans un système idéalement rigide, un décalage dans
l'assemblage du système de chargement par rapport à un système non rigide ou (dans le cas de machines
servohydrauliques) une tige d'asservissement avec jeu latéral dans les roulements.
L'alignement doit être vérifié avant chaque série d'essais ou chaque fois qu'un changement est apporté au
système de chargement. Les déformations en flexion doivent être < 5 % de la déformation axiale pour les
deux déformations maximale et minimale appliquées. La Figure 3 représente un exemple recommandé d'une
éprouvette avec alignement calibré par jauges. Il existe d'autres techniques de mesure d'alignement
[17 à 20]
adéquates pour ce but . Voir l'Annexe A pour les détails de la méthodologie. Pour un exemple
d'alignement qui comprend une méthode élastique-plastique, voir [19].
5.2 Mesurage de la déformation
La déformation doit être mesurée sur l'éprouvette au moyen d'un extensomètre axial.
L'extensomètre utilisé doit convenir pour mesurer des déformations dynamiques sur de longues périodes
durant lesquelles il doit y avoir une dérive, un glissement et une hystérésis de l'instrument minimaux. Il doit
mesurer directement la déformation axiale sur la section calibrée de l'éprouvette.
Le système de mesure de déformation, comprenant l'extensomètre et son électronique associée, doit être
précis à 1 % de l'intervalle de la déformation appliquée. L'extensomètre doit être conforme à l'ISO 9513:1999,
Classe 1.
La géométrie des zones de contact et la pression de l'extensomètre sur l'éprouvette doivent être telles
qu'elles empêchent le glissement de l'extensomètre sans endommager l'éprouvette.
La section où se situe le capteur de l'extensomètre doit être protégée des fluctuations thermiques qui
entraînent la dérive.
[10, 14 à 16]
5.3 Dispositif de chauffage et mesurage de la température
Une montée uniforme en température doit être assurée sans dépasser la température de l'essai.
Si un système de chauffage à induction directe est utilisé, il est conseillé de choisir un générateur avec une
fréquence suffisamment basse pour éviter les «effets de peau» pendant le chauffage.
Le dispositif de chauffage doit produire un gradient de température ne dépassant pas 3 °C sur la longueur
calibrée de l'éprouvette, et doit maintenir, durant l'essai et en considérant dûment toutes les sources d'erreur
combinées, les écarts entre la température de l'essai et celle de l'éprouvette dans une fourchette de 5 °C.
Ces écarts doivent être vérifiés à l'aide de trois thermocouples ou d'autres dispositifs appropriés, un à chaque
extrémité et un au milieu de la longueur calibrée de l'éprouvette, respectivement.
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Dans un essai, la température de l'éprouvette peut être mesurée avec les thermocouples en contact avec la
surface de l'éprouvette. Un contact direct entre le thermocouple et l'éprouvette est impliqué et doit être
effectué sans influencer les résultats de l’essai (par exemple une amorce de fissure au point de contact du
thermocouple doit être évitée). Les méthodes communément employées pour fixer le couple sont les fixations
par soudure, par pression ou par résistance.
La température doit être mesurée par au moins un capteur indépendamment de celui utilisé pour le contrôle.

a) Décalage angulaire b) Décalage latéral

c) Décalage charge-système de chargement dans un système non rigide
Figure 2 — Mécanismes de flexion due à un défaut d'alignement
dans des systèmes d'essai de fatigue

εε−
A2 A1
Flexion X-X: ×=100 % A
X-X
εε+
A2 A1
εε−
A3 A4
Flexion Y-Y: ×=100 % A
Y-Y
εε+
A3 A4
Flexion sur le plan A: %%AA+<5%
()( )
X-X Y-Y
Doit impérativement être répété pour le plan C avec le plan B optionnel.
Aucun plan ne peut avoir une flexion supérieure à 5 %.
Figure 3 — Procédure d'alignement

5.4 Instrumentation pour suivi d'essai
5.4.1 Systèmes d'enregistrement
Les systèmes suivants doivent être considérés comme une exigence minimale pour un enregistrement
analogique des données:
 un enregistreur X-Y utilisé pour enregistrer les cycles d'hystérésis contrainte-déformation;
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 un enregistreur pour plusieurs paramètres dépendant du temps: force, déformation et température;
 un détecteur crête-à-crête.
Variante 1:
L'enregistreur X-Y peut être remplacé par un oscilloscope ou un appareil de stockage digital capables de
reproduire le signal enregistré sous forme soit photographique, soit analogique. Ces appareils sont
nécessaires quand la vitesse des signaux enregistrés est trop élevée par rapport à la vitesse maximale de
l'enregistreur. Ils permettent donc que des enregistrements permanents soient subséquemment reproduits à
une vitesse plus faible.
Variante 2:
Les systèmes décrits ci-dessus peuvent être remplacés par un système informatisé capable de collecter et de
traiter numériquement les données. La fréquence d'échantillonnage des points de données de la courbe
contrainte-déformation doit être suffisante pour assurer une définition correcte du cycle d'hystérésis,
spécialement dans les zones d'inversion des déformations. Des stratégies différentes de recueil des données
ont une influence sur le nombre nécessaire de points de données par boucle; toutefois, 200 points par boucle
sont typiquement exigés.
5.4.2 Compteur de cycles
Un compteur de cycles est essentiel pour connaître le nombre de cycles de déformation. Pour la majorité des
vitesses de déformation utilisées, des compteurs sans facteur de multiplication suffisent.
5.5 Contrôle et vérification
La machine d'essai et ses systèmes de contrôle et de mesure doivent être vérifiés régulièrement.
Spécifiquement:
Chaque capteur et l'électronique associée doivent toujours être vérifiés en tant qu'unité isolée.
 Le(s) système(s) de mesure de force doit (doivent) être vérifié(s) selon la norme ISO ou la norme
nationale appropriée;
 le(s) système(s) de mesure de déformation doit (doivent) être vérifié(s) selon la norme ISO ou la norme
nationale appropriée;
 le(s) système(s) de mesure de température doit (doivent) être vérifié(s) selon la norme ISO ou la norme
nationale appropriée.
Il est de bonne pratique, avant chaque série d'essais, de vérifier la longueur de base de l'extensomètre, les
étalonnages de l'extensomètre et de la cellule de charge à l'aide d'une résistance shunt ou toute autre
méthode convenable et également les étalonnages de thermocouples ou de pyromètres.
6 Éprouvettes
6.1 Géométrie
6.1.1 Produits (barres, tôles plates de plus de 5 mm d'épaisseur)
La partie calibrée de l'éprouvette dans un essai de fatigue oligocyclique représente un élément de volume du
matériau en cours d'étude, ce qui implique que la géométrie de l'éprouvette ne doit pas influencer l'utilisation
des résultats.
Il faut que cette géométrie remplisse les conditions suivantes:
 fournir une partie calibrée de section circulaire uniforme;
 minimiser le risque de flambement en compression pour éviter une amorce de rupture au rayon de
transition;
 fournir une distribution uniforme de déformations sur toute sa partie calibrée;
 permettre la mesure de la déformation par l'extensomètre sans interférence ou glissement.
La longueur calibrée de l'éprouvette doit être plus longue que la longueur de base de l'extensomètre.
Toutefois, il ne faut pas qu'elle dépasse L + (d/2) pour éviter le risque de rupture en dehors de la longueur de
o
base de l'extensomètre.
En tenant en compte de ces exigences, l'expérience acquise par un grand nombre de laboratoires et les
résultats de calculs obtenus sur différents types d'éprouvettes (voir les références [21] à [30] dans la
Bibliographie), les dimensions géométriques suivantes (voir Figure 4) sont recommandées:
 diamètre de la longueur calibrée cylindrique: d = 5 mm
 longueur de base: L = 2d
o
 rayon de transition (de la section calibrée à la tête d'amarrage): r = 2d
 diamètre extérieur (tête d'amarrage): D = 2d
 longueur de la partie à section réduite: L < 8d
r
Il est possible d'utiliser des sections transversales géométrie et d'autres longueurs de base pour les
éprouvettes, pourvu que la distribution uniforme des contraintes et des déformations dans la longueur de base
soit assurée.
Il est important que les tolérances générales des éprouvettes respectent les trois propriétés suivantes:
 parallélisme: = 0,005D;
 concentricité: = 0,005D;
 perpendicularité: = 0,005D;
(ces valeurs sont exprimées par rapport à l'axe ou au plan de référence).
Les dimensions des raccords d'extrémités doivent être définies en fonction de la machine d'essai. Les
raccords d'extrémités recommandés sont les suivants:
 raccord fileté;
 raccord cylindrique lisse (avec mâchoires hydrauliques);
 raccord avec plot d'extrémité.
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a
Fonction du système d'amarrage
Figure 4 — Géométrie recommandée d'une éprouvette cylindrique
L'appareillage d'essai doit assurer le positionnement de l'éprouvette et en assurer l'alignement axial. Il n'est
pas permis de jeu. La conception de l'appareil d'essai dépend des détails finaux de l'éprouvette. Des
exemples sont donnés à la Figure 5.
En général, les conceptions dans lesquelles l'alignement des éprouvettes dépend uniquement des filetages
de vis ne sont pas recommandées.
6.1.2 Produits plats ayant une épaisseur inférieure à 5 mm
6.1.2.1 Généralités
En général, les considérations présentées dans les paragraphes précédents s'appliquent aussi aux essais sur
les produits ci-dessus. Toutefois, ces essais exigent des géométries et des montages spécifiques pour éviter
les problèmes de flambement.
Du fait qu'en général de faibles charges sont appliquées, il est possible que des capteurs de force plus
sensibles que de coutume soient nécessaires. Il n'est pas impossible que le système d'amorçage nécessite
l'utilisation de mâchoires mécaniques ou hydrauliques plates. Toutefois, avec le dernier type d'assemblage il
est difficile d‘assurer un alignement correct.
En général, la largeur de l'éprouvette est réduite dans la longueur de base pour éviter des ruptures dans les
mâchoires. Dans certaines applications, il peut être nécessaire d'ajouter des cavaliers d'extrémité pour
augmenter l'épaisseur de l'extrémité de la mâchoire aussi bien que pour éviter une rupture dans les
mâchoires (voir Figure 6).
L'alignement correct de l'éprouvette doit être soigneusement vérifié avec une éprouvette d'essai pour
 le parallélisme et l'alignement des mâchoires;
 l'alignement de l'éprouvette avec l'axe de chargement.
Cette vérification doit être menée à l'aide d'une éprouvette, dont la géométrie est aussi similaire que possible
à celle de l'éprouvette d'essai, équipée de jauges de déformation sur les deux faces.
a) Fixation à tête ronde b) Dispositif de serrage à tête ronde
ou à tête ronde robuste
c) Dispositif de serrage d'éprouvette filetée d) Dispositif de serrage d'éprouvette à côtés
droits (cylindriques)
Légende
1 bride 6 collier fendu conique
2 corps des dispositifs de serrage 7 éprouvette filetée
3 collier fendu cylindrique 8 éprouvette cylindrique
4 éprouvette à tête ronde 9 corps de fixation
5 éprouvette à tête ronde ou à tête ronde robuste 10 mandrin conique
Il faut que la force de serrage soit plus grande que la charge cyclique pour éviter un jeu dans la fixation de

l'éprouvette.
a d
Force de serrage Vers le train de chargement
b e
Méplat pour alignement d'éprouvette Serrage de l'éprouvette
c f
Charge cyclique Méplat et extrémité d'éprouvette pour alignement
Figure 5 — Exemples schématiques de techniques de fixations
pour diverses conceptions d'éprouvettes
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Légende
1 corps des dispositifs de serrage
2 bride de serrage conique
3 éprouvette en tôle
4 mandrin conique
5 cavaliers d'extrémité recourbés pour empêcher les empreintes de serrage dans la zone de serrage.
Ils peuvent être maintenus en place par époxy
6 cavaliers d'extrémité arrondis
a
Force de serrage
b
Charge cyclique
Figure 6 — Amarrage schématique pour éprouvettes en tôle mince

6.1.2.2 Épaisseurs comprises entre 2,5 mm et 5 mm
Il est possible de mener ces essais sans bride anti-flambement.
La Figure 7 montre une possibilité de géométrie pour une éprouvette plate. Dans ce cas, il est préférable
d'utiliser un extensomètre positionné sur une face de l'éprouvette plutôt que sur une arête.
Dimensions en millimètres
a
Fonction du système d'amarrage
Figure 7 — Géométrie possible pour une éprouvette en tôle mince

6.1.2.3 Épaisseurs inférieures à 2,5 mm
Il peut être nécessaire d'utiliser des brides anti-flambement. Leurs géométries doivent s'adapter à celles des
éprouvettes et doivent permettre la mesure des contraintes le long de leurs bords.
Un certain nombre de précautions est exigé pour limiter l'augmentation de charge induite par le frottement
entre la bride et l'éprouvette. Ce frottement ne doit à aucun moment créer une augmentation de charge
supérieure à 2 %. L'utilisation d'un film de polytétrafluoroéthylène d'environ 1 mm d'épaisseur, par exemple,
offre une solution partielle au problème, tout comme la poudre de nitrure de bore comme lubrifiant sec. Les
lubrifiants à base d'hydrocarbures ne sont pas recommandés parce qu'ils affectent les résultats des essais.
Les forces de frottement peuvent varier d'une éprouvette à l'autre. Elles doivent être mesurées avant chaque
essai, à partir des courbes charge-déplacement enregistrées dans le domaine élastique du matériau en
traction avec et sans brides anti-flambement.
Il se peut que l'utilisation de brides anti-flambement exige la mesure de contraintes sur les bords de
l'éprouvette. Dans ce cas, il est conseillé d'utiliser deux extensomètres identiques positionnés sur les deux
faces de l'éprouvette et d'employer le signal moyen pour contrôler l'essai.
Un exemple de bride antiflambement est montré à la Figure 8.
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Légende
1 film en polytétrafluoroéthylène
2 éprouvette
Figure 8 — Bride antiflambement pour éprouvette en tôle mince

6.2 Préparation des éprouvettes
6.2.1 Généralités
Dans tout programme d'essai de fatigue oligocyclique conçu pour caractériser les propriétés intrinsèques d'un
matériau, il est important d'observer les recommandations suivantes pour la préparation des éprouvettes. Il
est possible de s'écarter de ces recommandations si le programme d'essai vise à déterminer l'influence d'un
facteur spécifique (traitement de surface, oxydation, etc.) qui n'est pas compatible avec ces recommandations.
Dans tous les cas, cet écart doit être consigné dans le rapport d'essai.
6.2.2 Mode opératoire d'usinage
Il se peut que le mode opératoire d'usinage choisi produise à la surface de l'éprouvette des contraintes
résiduelles capables d'influencer les résultats des essais. Ces contraintes peuvent être induites par des
gradients de chaleur au stade de l'usinage, par des contraintes associées à la déformation du matériau ou par
des modifications microstructurelles. Leur influence est moins marquée dans des essais à des températures
élevées parce qu'elles sont en partie ou en totalité relâchées une fois que la température est maintenue.
Toutefois, il convient qu'elles soient réduites à l'aide d'une procédure appropriée d'usinage final, spécialement
avant le stade du polissage final. Pour des matériaux plus durs, il peut être préférable de rectifier plutôt que
d'usiner (tournage ou fraisage).
 Rectification: à 0,1 mm du diamètre final à une vitesse de pas plus de 0,005 mm/passe.
 Polissage: enlever le dernier 0,025 mm avec des papiers à grosseurs de grains décroissantes. Il est
recommandé que la direction finale de polissage soit le long de l'axe de l'éprouvette.
NOTE 1 Modification dans la microstructure du matériau.
Ce phénomène peut être causé par l'augmentation de température et par l'écrouissage induits par l'usinage. Il se peut que
ce soit une question de changement de phase ou plus fréquemment de recristallisation superficielle.
Cela a pour effet immédiat d'invalider l'essai car le matériau testé n'est plus le matériau initial. Il convient donc de prendre
toutes les précautions pour éviter ce risque.
NOTE 2 Introduction de contaminants.
Les propriétés mécaniques de certains matériaux se détériorent en présence de certains éléments ou composés. Un
exemple en est l'effet du chlore sur les aciers et les alliages de titane. La présence de ces éléments doit donc être évitée
dans les produits utilisés (fluides de coupe, etc.). Il est aussi recommandé de rincer et de dégraisser les éprouvettes avant
de les stocker.
6.2.3 Échantillonnage et marquage
L'échantillonnage de matériaux d'essai à partir de produits semi-finis peut avoir une influence majeure sur les
résultats obtenus pendant l'essai. Il est donc nécessaire de procéder à cet échantillonnage en pleine
connaissance de la situation.
Un plan d'échantillonnage, fourni avec le rapport d'essai, doit indiquer clairement:
 la position de chacune des éprouvettes;
 les directions caractéristiques dans lesquelles les produits semi-finis ont été traités (direction de laminage,
extrusion, etc., comme approprié);
 le marquage de chacune des éprouvettes.
Les éprouvettes doivent porter une marque à chaque étape de leur préparation. Il est possible de le faire en
utilisant toute méthode fiable dans une zone non susceptible de disparaître en cours d'usinage ou d'avoir une
influence défavorable sur la qualité de l'essai.
6.2.4 État de surface de l'éprouvette
Les états de surface des éprouvettes ont un effet sur les résultats des essais. Cet effet est, en général,
associé à un ou plusieurs des facteurs suivants:
 la rugosité superficielle de l'éprouvette;
 la présence de contraintes résiduelles;
 une modification dans la microstructure du matériau;
 introduction de contaminants.
Les recommandations ci-après permettent de réduire à un minimum l'influence de ces facteurs.
L'état de surface est, en général, quantifié par la rugosité moyenne ou équivalente (par exemple rugosité de
10 points ou hauteur maximum des irrégularités). L'importance de cette variable sur les résultats obtenus
dépend largement des conditions de l'essai, et son influence est réduite par la corrosion en surface de
l'éprouvette ou par la déformation plastique.
Quelles que soient les conditions de l'essai, il est préférable de spécifier une rugosité de surface moyenne (ou
équivalent) de moins de Rz 0,2 µm.
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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 sur des éprouvettes de section circulaire éliminent toutes
les rayures sur la circonférence produites par le tournage. Il est particulièrement recommandé de procéder à
une rectification finale suivie par un polissage mécanique longitudinal. Une vérification en faible
grossissement (environ × 20) ne doit montrer aucune rayure sur la circonférence.
Si un traitement thermique doit suivre la finition brute des éprouvettes, il est préférable de procéder au
polissage final après le traitement thermique. Si cela n'est pas possible, il convient de procéder au traitement
thermique sous vide ou sous gaz inerte pour empêcher l'oxydation de l'éprouvette. Le détensionnement est
recommandé dans ce cas.
Le traitement ne doit pas modifier les caractéristiques microstructurelles du matériau à étudier. La description
précise de la procédure de traitement thermique et d'usinage doit impérativement être transmise avec les
résultats des essais.
6.2.5 Contrôle des dimensions
Les dimensions doivent être mesurées à l'achèvement du stade d'usinage final en utilisant une méthode de
métrologie qui ne modifie pas l'état de surface.
6.2.6 Stockage et manipulation
Après préparation, il faut stocker les éprouvettes de façon à éviter tout risque de dommage (rayure par
contact, oxydation, etc.) Il est recommandé d'utiliser des boîtes ou tubes individuels avec des bouchons
d'extrémité. Dans certains cas, il est nécessaire de stocker sous vide ou dans un dessiccateur rempli de silica
gel.
La manipulation doit être réduite au minimum nécessaire.
Une attention particulière doit être apportée au marquage des éprouvettes. Il est souhaitable de marquer les
deux extrémités des éprouvettes afin de pouvoir encore identifier chaque moitié d'éprouvette après la rupture.
7 Mode opératoire
7.1 Milieu d'essai en laboratoire
L'essai en fatigue oligocyclique est raisonnablement complexe et la qualité des résultats obtenus dépend
aussi bien des méthodes employées que de l'environnement.
Les essais doivent être menés dans des conditions environnementales convenables:
 température ambiante et humidité relative uniformes;
 pollution atmosphérique minimale (poussière, vapeurs chimiques, etc.);
 absence de signaux électriques parasites qui affectent le contrôle de la machine et l'acquisition des
données;
 des vibrations mécaniques parasites minimales.
7.2 Contrôle de la machine d'essai
La stabilité de la servocommande doit être telle que les valeurs de crête de la déformation appliquée sont
maintenues tout au long de l'essai à ± 1 % des valeurs souhaitées.
7.3 Montage de l'éprouvette
Mettre l'éprouvette dans une position telle à éviter toute déformation préalable pendant le montage.
7.4 Forme du cycle — Vitesse de déformation ou fréquence des cycles
La même forme de cycle pour le paramètre contrôlé (déformation) est à conserver tout au long de tout le
programme d'essai, sauf si le but du programme est d'étudier l'effet de la forme de cycle sur le comportement
du matériau. Il est normalement utilisé une forme de cycle triangulaire pour les essais de cycles continus.
NOTE Pour des essais menés à de hautes températures, une forme de cycle sinusoïdale est à éviter car c'est une
vitesse de déformation variable.
Les essais de fatigue oligocyclique sont généralement menés en imposant une vitesse de déformation totale
constante.
La gamme des fréquences pour des essais de fatigue oligocyclique est le plus souvent entre 0,01 Hz et 1 Hz.
En terme de vitesse de déformation totale, la majorité des essais sont menés dans l'intervalle allant de
−4 −1 −2 −1 −1 −1
5 × 10 s à 5 × 10 s (0,05 % s à 5 % s ).
7.5 Début de l'essai
7.5.1 Mesurages préliminaires
Il est recommandé de commencer en cyclant dans le domaine élastique du matériau à la température
ambiante pour mesurer le module d'élasticité du matériau et s'assurer du fonctionnement correct du système
de mesure (force et déformation). Normalement il n'est pas admis que la valeur de ce module s'écarte de plus
de ± 5 % de la valeur attendue.
Dans le même contexte (vérification de la chaîne de mesure de la déformation et de la température), il est
recommandé, quand c'est possible, de déterminer le coefficient de dilatation moyenne du matériau en
surveillant la déformation thermique enregistrée par l'extensomètre pendant que la température passe de la
température ambiante à la température d'essai (machine sous contrôle de charge et force zéro). Il faut que ce
coefficient ne s'écarte pas de plus de ± 5 % de la valeur attendue.
Habituellement l'extensomètre est monté sur l'éprouvette à la température ambiante et n'est pas réajusté à la
longueur de base initiale après passage à la température d'essai. Dans ce cas, la mesure de déformation à
température élevée doit se corriger de l'extension de la longueur de base due à la dilatation thermique. Donc
l'extension de la longueur de base doit au moins être enregistrée pour une correction après essai. Il faut que
les systèmes automatisés utilisent la longueur de base corrigée pou
...