ISO 12737:2010

NORME ISO
INTERNATIONALE 12737
Troisième édition
2010-12-15


Matériaux métalliques — Détermination
du facteur d'intensité de contrainte
critique
Metallic materials — Determination of plane-strain fracture toughness





Numéro de référence
ISO 12737:2010(F)
©
ISO 2010

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ISO 12737:2010(F)
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ISO 12737:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Symboles et désignations .2
5 Principe .3
6 Appareillage .4
6.1 Machine d'essai et mesurage de la force.4
6.2 Machine de fissuration par fatigue.4
6.3 Capteur de déplacement.4
6.4 Dispositifs d'essai .4
7 Dimensions, configuration et préparation des éprouvettes .5
7.1 Dimensions des éprouvettes .5
7.2 Proportions recommandées des éprouvettes.5
7.2.1 Éprouvettes recommandées .5
7.2.2 Autres proportions.5
7.2.3 Autres configurations d'éprouvette.5
7.2.4 Entaille pour l'amorçage de la fissure de fatigue.5
7.3 Préparation des éprouvettes et amorçage de la fissuration par fatigue .5
7.3.1 État du matériau .5
7.3.2 Orientation du plan de la fissure .7
7.3.3 Usinage.7
7.3.4 Préfissuration par fatigue.7
8 Mode opératoire.8
8.1 Mesurage de l'éprouvette .8
8.2 Température d'essai de l'éprouvette .8
8.3 Dispositif de mesurage pour les éprouvettes de flexion .8
9 Mode opératoire d'essai .8
10 Calcul et interprétation des résultats.9
10.1 Généralités .9
10.2 Contraintes résiduelles.9
11 Rapport d'essai.9
Annexe A (normative) Préfissuration par fatigue d'éprouvettes pour la détermination de K .11
Ic
Annexe B (normative) Éprouvette de flexion.12
Annexe C (normative) Éprouvette compacte.14
Annexe D (informative) Dispositifs d'essai .16
Bibliographie.18

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ISO 12737:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12737 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de ténacité — Fracture (F), Pendulum (P), Déchirage (T).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 12737:2005), dont elle constitue une
révision mineure.

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NORME INTERNATIONALE ISO 12737:2010(F)

Matériaux métalliques — Détermination du facteur d'intensité
de contrainte critique
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode permettant de déterminer le facteur d'intensité de
contrainte critique des matériaux métalliques homogènes sur une éprouvette entaillée et préfissurée par
fatigue puis soumise à un écartement lent des lèvres de la fissure.
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 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie 1:
Machines d'essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de force
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des extensomètres utilisés lors d'essais uniaxiaux
ASTM E399-09, Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K of Metallic
Ic
Materials
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
facteur d'intensité de contrainte en contraintes planes
K
I
grandeur du champ de contrainte élastique au fond d'une fissure soumise à écartement en mode I
NOTE La valeur dépend de la force appliquée, de la taille et de la forme de l'éprouvette ainsi que de la longueur de
−3/2
la fissure et a pour dimension le produit de la force par la longueur .
3.2
facteur d'intensité de contrainte critique en contraintes planes
K
Ic
mesure, par le mode opératoire spécifié dans la présente norme, de la résistance à la propagation d'une
fissure dans un matériau dont l'état de contrainte à fond de fissure correspond principalement à une
déformation plane, la déformation plastique étant limitée
NOTE C'est la valeur critique de K à laquelle se produit une propagation significative de la fissuration sous l'effet
I
d'une augmentation de la force entraînant une contrainte élevée puis une déformation plastique.
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3.3
orientation du plan de la fissure
méthode permettant de lier le plan et la direction de propagation d'une fissure aux directions caractéristiques
du produit
NOTE Le code utilisé comprend un trait d'union. La ou les lettres précédant ce trait d'union représentent la direction
perpendiculaire au plan de la fissure, tandis que la ou les lettres suivant le trait d'union représentent la direction prévue de
propagation de la fissure (voir la Figure 1). Pour les métaux corroyés, la lettre X correspond toujours à la direction de
déformation principale (sens maximal d'écoulement des grains du produit ou fibrage), la lettre Y à la direction de moindre
déformation et la lettre Z à la direction perpendiculaire au plan X-Y. Dans la notation utilisée dans l'ASTM E399-09,
X correspond à L, Y correspond à T et Z correspond à S.
Lorsque l'orientation de l'éprouvette ne coïncide pas avec les directions caractéristiques du produit, les trois lettres servent
à indiquer la normale au plan de fissuration et/ou la direction attendue de propagation de la fissure [voir Figure 1 b)]. En
cas d'absence de fibrage dans le produit (par exemple dans les pièces moulées), les axes de référence peuvent être fixés
arbitrairement mais ils doivent être clairement identifiés.
3.4
ouverture des lèvres de la fissure
V
déplacement mesuré au niveau des lèvres de la fissure ou à proximité
4 Symboles et désignations
Pour les besoins du présent document, les symboles suivants s'appliquent (voir aussi Figures 1, 2 et 4).
Symbole Unité Désignation
a mm Longueur de fissure
B mm Épaisseur de l'éprouvette
E MPa Module de Young
F kN Force appliquée
F kN Valeur particulière de F (voir Figure 4)
Q
F kN Valeur particulière de F (voir Figure 4)
5
1/2a
K Valeur maximale du facteur d'intensité de contrainte au stade final de la fissuration
MPa⋅m
f
sous contrainte
1/2
K Valeur provisoire de K
Q MPa⋅m Ic
1/2
K Facteur d'intensité de contrainte (mode I)
MPa⋅m
I
1/2
K Valeur critique de K (facteur d'intensité de contrainte critique)
MPa⋅m
Ic I
R — Rapport de la force minimale à la force maximale de fissuration par fatigue pendant un
cycle quelconque en fatigue
R MPa Limite conventionnelle d'élasticité pour un allongement de 0,2 %
p0,2
S mm Distance entre points de chargement extérieurs en cas de flexion
V mm Ouverture des lèvres de la fissure
W mm Largeur de l'éprouvette
1/2
Différence entre les valeurs maximale et minimale de K pendant un cycle quelconque
ΔK
MPa⋅m I
I
en fatigue
a 1/2 −3/2 −3/2
0,031 6 MPa⋅m = 1 N⋅mm = 0,031 6 MN⋅m .
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5 Principe
La présente méthode porte sur la détermination de la valeur du facteur d'intensité de contrainte critique (K )
Ic
des matériaux métalliques par augmentation de la force sur des éprouvettes préfissurées en fatigue. Les
précisions concernant les éprouvettes et les modes opératoires expérimentaux sont donnés dans les
Annexes B et C. La courbe force/déplacement des bords de l'entaille est enregistrée automatiquement sur un
graphique ou convertie sous forme numérique et mise en mémoire dans un ordinateur pour traitement
ultérieur. La force correspondant à un allongement apparent de 2 % de la dimension de la fissure est
déterminée par un écart spécifié par rapport à la partie linéaire de la courbe enregistrée. Lorsque certaines
exigences de validité ont été établies, la valeur de K peut être calculée à partir de cette force.
Ic

а)  Identification classique b)  Identification particulière

c)  Fibrage radial, travail axial d)  Fibrage axial, travail radial
a
Fibrage.
Figure 1 — Identification du plan de fissuration
La propriété K caractérise la résistance à la rupture d'un matériau présentant une fissure aiguë de fatigue
Ic
sous forte contrainte de traction de manière que:
a) l'état de la contrainte à proximité du front de fissure soit proche de celui d'une déformation plane;
b) la zone plastique au fond de la fissure soit petite par rapport à la dimension de la fissure, à l'épaisseur de
l'éprouvette et au ligament en avant de la fissure.
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K est censé représenter la valeur inférieure limite de ténacité à la rupture correspondant aux conditions
Ic
d'environnement et de température de l'essai.
Des forces cycliques ou statiques peuvent provoquer une propagation des fissures pour des valeurs de K
I
inférieures à K . L'allongement de la fissure soumise à une force cyclique ou statique peut être affecté par la
Ic
température et l'environnement de l'essai. En conséquence, avant d'appliquer K au calcul des éléments, il
Ic
faut savoir si les conditions d'utilisation réelles sont différentes de celles des essais en laboratoire.
Lors des essais de détermination du facteur d'intensité critique, il n'est pas possible d'être assuré à l'avance
qu'une mesure valable de K sera toujours obtenue.
Ic
6 Appareillage
6.1 Machine d'essai et mesurage de la force
La machine d'essai doit être étalonnée conformément à l'ISO 7500-1 et doit être au minimum de classe 1. Elle
doit pouvoir donner un enregistrement graphique automatique de la force appliquée à l'éprouvette ou être
raccordée à un système informatique d'acquisition des données permettant d'enregistrer les forces et les
déplacements pour une analyse ultérieure. La combinaison d'un capteur de force et d'un enregistreur doit
permettre de déterminer la force F (telle que définie dans l'Article 10) à partir de l'enregistrement de l'essai
Q
avec une exactitude de ± 1 %.
6.2 Machine de fissuration par fatigue
La machine de fissuration par fatigue et le dispositif indicateur de force doivent, si possible, être étalonnés
conformément à l'ISO 7500-1 et doivent être au minimum de classe 2. Si la machine de fissuration ne peut
pas être étalonnée en statique, la force appliquée doit être connue avec une exactitude de ± 2,5 %. Un
alignement soigneux de l'éprouvette et du montage est nécessaire pour promouvoir des fissures de fatigue
droites. Le montage doit être tel que la contrainte est répartie uniformément dans toute l'épaisseur de
l'éprouvette et symétrique par rapport au plan prévisible de l'entaille.
6.3 Capteur de déplacement
Le capteur de déplacement doit indiquer le déplacement relatif (V) de deux points disposés avec précision de
part et d'autre de l'ouverture de l'entaille. La conception du capteur de déplacement, ainsi que celle des lames,
doit permettre une libre rotation des points de contact entre le capteur et l'éprouvette.
Le capteur de déplacement doit être étalonné conformément à l'ISO 9513 (interprétée en fonction de la
présente méthode) et doit être au minimum de classe 1. Cet étalonnage doit toutefois être renouvelé au moins
une fois par semaine pendant toute la période d'utilisation du capteur. Des vérifications périodiques à
fréquence plus grande peuvent être requises en fonction de l'utilisation et des accords contractuels.
La vérification du capteur doit être faite à la température de l'essai à ± 5 °C près. La réponse du capteur doit
correspondre à celle de l'appareil d'étalonnage à ± 0,003 mm près si le déplacement est inférieur ou égal à
0,3 mm et à ± 1 % près pour des valeurs supérieures.
La détermination d'une valeur de déplacement absolue n'est pas nécessaire étant donné que la méthode ne
mesure que les variations du déplacement. Deux modèles de capteurs ayant fait leurs preuves sont donnés
dans l'ASTM E399-09 et dans la Référence [1] et des capteurs similaires sont disponibles dans le commerce.
6.4 Dispositifs d'essai
L'essai de flexion doit être effectué à l'aide d'un dispositif conçu pour réduire le plus possible les frottements
tout en permettant aux rouleaux supports de tourner et de se déplacer légèrement en translation lorsque
l'éprouvette est chargée, ce qui assure un maintien du contact pendant le roulement. Un dispositif adapté à
l'essai des éprouvettes en flexion est représenté à la Figure D.1.
Un dispositif de chargement à étriers adapté aux éprouvettes compactes est représenté à la Figure D.2.
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ISO 12737:2010(F)
7 Dimensions, configuration et préparation des éprouvettes
7.1 Dimensions des éprouvettes
Pour qu'un résultat puisse être considéré comme valide conformément à la présente méthode, l'épaisseur de
l'éprouvette (B), la longueur de la fissure (a) et la longueur du ligament (W − a) doivent chacun être au moins
2
égaux à 2,5(K /R ) , où R est la limite conventionnelle d'élasticité pour un allongement de 0,2 % du
Ic p0,2 p0,2
matériau dans l'environnement et à la température de l'essai. Le respect de cette exigence ne peut pas être
garanti à l'avance. Il convient donc, pour le premier essai de la série, de sélectionner une éprouvette de
dimensions supérieures. Si la forme du matériau disponible ne permet pas d'obtenir une éprouvette
2
d'épaisseur, de longueur de fissure et de longueur de ligament égales ou supérieures à 2,5(K /R ) , la
Ic p0,2
méthode ne permet pas d'effectuer une mesure valable de K .
Ic
7.2 Proportions recommandées des éprouvettes
7.2.1 Éprouvettes recommandées
Les éprouvettes recommandées sont représentées aux Figures B.1 et C.1. Leur largeur nominale (W) est le
double de l'épaisseur (B) et la longueur de fissure (a) est comprise entre 0,45 fois et 0,55 fois la largeur.
7.2.2 Autres proportions
Dans certains cas, il peut être nécessaire ou souhaitable d'utiliser des éprouvettes présentant un rapport W/B
différent de 2. D'autres proportions sont donc admises (voir les Annexes B ou C). Les éprouvettes de
proportions différentes doi
...