ISO 22407:2021

ISO 22407:2021(F)
ISO/TC 164/SC 4/WG 5
Date:  2021-06
Secrétariat:  ANSI
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par flexion plane axiale
Metallic materials — Fatigue testing — Axial plane bending method

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ISO 22407:2021(F)
Sommaire

Avant-propos. iv
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 5
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette . 5
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai . 5
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue . 6
5 Principe de l’essai . 6
6 Plan d’essai . 6
6.1 Présentation générale. 6
7 Éprouvette . 7
7.1 Forme des éprouvettes . 7
7.2 Dimension de l’éprouvette . 7
7.3 Préparation des éprouvettes . 8
7.3.1 Généralités . 8
7.3.2 Procédure d'usinage . 8
7.3.3 Échantillonnage et marquage . 9
7.3.4 Contrôles dimensionnels . 10
7.3.5 Stockage et manutention . 10
8 Appareillage .10
8.1 Machine d’essai . 10
8.1.1 Introduction . 10
8.1.2 Capteur de force . 10
8.1.3 Transducteur de déplacement . 11
8.1.4 Compteur de cycles . 11
8.1.5 Instruments de surveillance des essais . 11
8.1.6 Système anti-rotation . 11
8.2 Dispositif d'essai . 11
9 Calcul des contraintes .12
9.1 Introduction . 12
9.2 Section transversale rectangulaire . 12
9.2.1 Angle angulaire . 12
9.2.2 Angle arrondi . 13
9.3 Section transversale chanfreinée . 13
10 Contrôle de l'homogénéité des contraintes .13
10.1 Principe. 13
10.2 Méthode de mesure . 14
10.3 Calculs . 14
11 Procédure d'essai .14
11.1 Montage du dispositif d'essai . 14
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ISO 22407:2021(F)
11.2 Montage de l'éprouvette . 15
11.3 Vitesse de l'essai . 15
11.4 Application de la force ou de déplacement . 15
11.5 Consignation de la température et de l'humidité . 15
11.6 Critère de rupture et fin de l'essai . 15
11.6.1 Critère de rupture. 15
11.6.2 Fin de l’essai . 16
11.7 Validité de l’essai . 16
12 Présentation des résultats de fatigue . 16
13 Rapport d’essai . 16
14 Incertitude de mesure . 17
Annexe A (informative) Éprouvettes entaillées en fatigue . 23
Bibliographie . 24


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iii

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ISO 22407:2021(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 (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives www.iso.org/directives).).
L'attention est appeléeattirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails
concernant les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors
de l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-proposle lien suivant:
www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.htmlwww.iso.org/fr/members.html.

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NORME INTERNATIONALE ISO 22407:2021(F)

Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
flexion plane axiale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation de l'essai de fatigue par flexion plane sur une
machine axiale, à amplitude constante, à force ou à déplacement contrôlé, à température ambiante
(idéalement entre 10 °C et 35 °C) sur des éprouvettes métalliques, sans introduire délibérément des
concentrations de contrainte. Le présent document ne comprend pas l'essai de chargement partiellement
ou totalement inversé. Le but de l'essai est de fournir des résultats pertinents, tels que la relation entre
la contrainte appliquée et le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour un état donné du matériau, exprimé
par la dureté et la microstructure, avec différents rapports de contrainte.
Bien que la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale rectangulaire et
chanfreinée soient spécifiés, les essais de composants et autres formes d'essais spécialisés ne sont pas
inclus dans le présent document.
Les essais de fatigue réalisés sur des éprouvettes entaillées ne sont pas couverts par le présent document
car la forme et la taille des éprouvettes entaillées n'ont été spécifiées dans aucune norme jusqu'à présent.
Des recommandations sont données dans L'annexe L'Annexe A. Toutefois, les procédures d'essai de
fatigue décrites dans le présent document peuvent être utilisées pour l’essai de ces éprouvettes entaillées.
Il est possible que les résultats d'un essai de fatigue soient affectés par les conditions atmosphériques.
Lorsque des conditions contrôlées sont requises, l'ISO 554:1976, 2.1 s'applique.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'éditionl’édition citée
s'appliques’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 — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ASTM E2309/E2309M, Standard Practices for Verification of Displacement Measuring Systems and Devices
Used in Material Testing Machines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes ::
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https://www.electropedia.org/
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ISO 22407:2021(F)
3.1
épaisseur de la section d'essai
δ
épaisseur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l’article : Voir Figure 1.
3.2
largeur de la section d'essai
w
largeur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l’article : Voir Figure 1.
3.3
longueur d'éprouvette
L
z
longueur totale de l'éprouvette
3.4
section transversale de l’éprouvette
S
surface de la section transversale de l’éprouvette
3.5
rayon d’angle
rc
rayon de l'angle de l'éprouvette de section transversale rectangulaire
3.6
distance entre les points de chargement intérieurs
d
1
distance entre les axes des deux rouleaux intérieurs
Note 1 à l’article : Voir Figure 3.
3.7
distance entre les points de chargement extérieurs
d
2
distance entre les axes des deux rouleaux extérieurs
Note 1 à l’article : Voir Figure 3.
3.8
diamètre de rouleau
D
R
diamètre des quatre rouleaux
3.9
cycle de contrainte
plus petite portion de la fonction contrainte-temps, répétée de manière identique
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.10
contrainte maximale
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2

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ISO 22407:2021(F)
σ
max
plus grande valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.11
contrainte moyenne
σ
m
demi-somme algébrique de la contrainte maximale et de la contrainte minimale dans un cycle de
contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.12
contrainte minimale
σ
min
plus petite valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l’article : Voir Figure 4.
3.13
amplitude de contrainte
σ
a
demi-somme de la différence algébrique entre la contrainte maximale et la contrainte minimale dans un
cycle de contrainte
Note 1 à l’article :
σ = Δσ/2
a
Note 2 à l'article : Voir Figure 4.
3.14
étendue de contrainte
Δσ
différence arithmétique entre les contraintes maximale et minimale
Note 1 à l’article :
Δσ = σ – σ
max min
Note 2 à l'article : Voir Figure 4.
3.15
rapport de contrainte
R
σ
rapport de la contrainte minimale sur la contrainte maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l’article :
R = σ /σ
σ
min max
Note 2 à l'article : Voir Figure 5.
3.16
rapport de charge
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ISO 22407:2021(F)
R
F
rapport de la force minimale sur la force maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l’article :
R = F /F
F min max
Note 2 à l'article : Voir Figure 5.
3.17
nombre de cycles
N
nombre de plus petits segments de la fonction force-temps, contrainte-temps, déformation-temps, etc.,
répétés régulièrement
3.18
durée de vie en fatigue
N
f
nombre de cycles appliqués pour atteindre un critère de rupture défini
3.19
force appliquée
F
force appliquée pendant l'essai (pour l'essai par force contrôlée)
3.20
moment de flexion
M
moment constant entre les rouleaux intérieurs, calculé avec la force appliquée et les distances entre les
rouleaux (d et d )
1 2
Note 1 à l’article :
F
M dd−
( )
21
4


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4

=

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ISO 22407:2021(F)
4 Symboles
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette
Symbole Désignation Unité
δ Épaisseur de la section d'essai mm
Épaisseur réduite de l'éprouvette
δ1 mm
chanfreinée
w Largeur de la section d'essai mm
Largeur réduite de l'éprouvette
w mm
1
chanfreinée
L Longueur d'éprouvette mm
z
4
I Second moment d’inertie mm
Distance maximale par rapport
d mm
nba
à l'axe neutre de flexion
2
S Section transversale de l’éprouvette mm
rc Rayon d’angle mm

4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai
Symbole Désignation Unité
Distance entre les points de
d
1 mm
chargement intérieurs
Distance entre les points de
d
2 mm
chargement extérieurs
DR Diamètre de rouleau mm


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ISO 22407:2021(F)
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue
Symbole Désignation Unité
Homogénéité des contraintes
β
hi
pour la charge i
σ
Contrainte maximale MPa
max
σ
Contrainte moyenne MPa
m
σ
Contrainte minimale MPa
min
σ
Amplitude de contrainte MPa
a
Δσ Étendue de contrainte MPa
σ Contrainte d’essai MPa
Rσ Rapport de contrainte
RF Rapport de charge
N Nombre de cycles cycles
N Durée de vie en fatigue cycles
f
F Force appliquée N
M Moment de flexion N-m
5 Principe de l’essai
Le principe de l'essai consiste à placer une éprouvette entre quatre rouleaux tel qu’illustré à la Figure 3.
Ensuite, une force cyclique d'amplitude constante est appliquée de sorte qu'une contrainte de tension
d'amplitude constante est appliquée à la surface soumise à essai de l'éprouvette. L'essai est ensuite
poursuivi jusqu'à la rupture de l'éprouvette ou jusqu'à ce qu'un nombre prédéterminé de cycles de
contrainte soit atteint.
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d'essai de fatigue et soumis à
la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de flexion plane. L'un
quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 5 peut être utilisé. La forme d'onde
d'essai doit être sinusoïdale à amplitude constante.
6 Plan d’essai
6.1 Présentation générale
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l'objet d'un accord entre les parties
concernées, sauf spécification contraire dans la norme de produits correspondante :
a) La forme de l’éprouvette à utiliser (voir 7.1) ;);
b) Le(s) rapport(s) de contrainte à utiliser ;
c) L'objectif des essais, c'est-à-dire ce que l'on souhaite déterminer parmi les éléments suivants :
— la durée de vie en fatigue à amplitude de contrainte spécifiée ;
— la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles ;
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— une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète ;
d) le nombre d'éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais ;
e) le nombre de cycles auquel un essai réalisé sur une éprouvette considérée comme non-rompue doit
être terminé.
7 Éprouvette
7.1 Forme des éprouvettes
Les éprouvettes sont généralement entièrement usinées avec une section transversale rectangulaire
d'épaisseur uniforme sur toute section d'essai. Afin d'éviter l'amorçage de fissures à partir des angles,
deux solutions peuvent être envisagées :
— usinage d'un rayon sur chaque angle (Figure 1) ;);
[8]
— usage d'une éprouvette à section transversale chanfreinée (Figure 2)).
Lorsque l'on souhaite tenir compte de l'état de surface dans lequel le métal sera utilisé dans l'application
réelle, il convient que la surface de contrainte maximale reste non usinée.
7.2 Dimension de l’éprouvette
Afin d'avoir une influence minimale de la contrainte de cisaillement sur la contrainte de flexion
(inférieure à 5 %, exprimée en contrainte équivalente de Von Mises), le rapport suivant [Formule (1)]
doit être respecté :
δ
<0,5
dd−
21






(1)
En raison de la flexion de l’éprouvette, la distance entre les points de contact des rouleaux sur l’éprouvette
change lorsque la charge est appliquée. Ce changement affecte le niveau de contrainte dans l'éprouvette
par rapport à la valeur calculée dans l’Article 9.
L'erreur entre la contrainte calculée, σ , et la contrainte réelle, σ σ , est proportionnelle au diamètre
cal rea real
du rouleau et peut être approximée à l'aide de la Formule (2). Cette erreur doit être inférieure à 5 %.
σσ− 33Dd + d
( )
cal real R2 1
= ∆r
2
σ
dd−+d 2d
cal ( ) ( )
21 2 1

(2)
où le déplacement maximal des amarrages pendant l'essai, Δr, peut être déterminé avec la formule
Formule (3) :):
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7

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M
∆r dd−+d 2d
( )( )
21 2 1
12EI



(3)
où
E est le module de Young du matériau de l'éprouvette soumis à essai.
7.3 Préparation des éprouvettes
7.3.1 Généralités
Dans un programme d'essai de fatigue destiné à caractériser les propriétés intrinsèques d'un matériau, il
est important d'observer les recommandations suivantes lors de la préparation des éprouvettes. La
dérogation à ces recommandations est possible si le programme d'essais vise à déterminer l'influence
d'un facteur particulier (traitement de surface, oxydation, etc.) incompatible avec ces recommandations.
Dans tous les cas, ces dérogations doivent être signalées dans le rapport d'essai.
Les états de surface des éprouvettes ont un effet sur les résultats d'essai. Cet effet est en général associé
à un ou plusieurs des facteurs suivants :
— la rugosité de surface de l'éprouvette ;
— la présence de contraintes résiduelles ;
— modification de la microstructure du matériau ;
— introduction de produits contaminants.
Les recommandations indiquées en7en 7.3.2, 7.3.3 et 7.3.4 permettent de réduire l’influence de ces
facteurs à un niveau minimal.
7.3.2 Procédure d'usinage
7.3.2.1 Généralités
La procédure d'usinage choisie peut engendrer des contraintes résiduelles à la surface de l'éprouvette,
susceptibles d'avoir un impact sur les résultats d'essai. Ces contraintes peuvent être induites par des
gradients thermiques au stade de l'usinage ou peuvent être liées à la déformation du matériau, ou à des
altérations microstructurales. Leur influence est moindre lorsqu'elles sont soumises à essai à des niveaux
de contrainte élevés, car elles peuvent être partiellement ou totalement relâchées. Toutefois, elles doivent
être réduites en utilisant une procédure d'usinage final appropriée, en particulier avant le stade du
polissage final
Il est recommandé de contrôler la présence de ces contraintes résiduelles de surface en utilisant, par
exemple, des techniques de diffraction à rayons X.
La rugosité de la surface est généralement quantifiée par la valeur moyenne de la rugosité ou un
[ [1] ]
équivalent (par exemple, la rugosité en dix points ou la hauteur maximale des irrégularités) ). . Un écart
moyen arithmétique inférieur à 0,2 µm (ou équivalent) doit être spécifié.
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8

=

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Comme la durée de vie en fatigue dépend davantage de la rugosité locale, la valeur de la hauteur maximale
du profil donne des informations supplémentaires sur la rugosité de la surface et doit donc être mesurée
et consignée.
Un autre paramètre important non couvert par la rugosité moyenne est la présence de rayures d'usinage
localisées Une rectification finale suivie d'un polissage mécanique longitudinal est particulièrement
recommandée. Un contrôle à faible grossissement (environ × ×20) ne doit révéler aucune rayure
transversale dans la longueur calibrée.
Il peut être préférable de procéder à un meulage longitudinal plutôt que l’utilisation d'un outil (fraisage)
suivie d'un polissage.
Si un traitement thermique doit être réalisé après l’ébauche des éprouvettes, il est préférable de procéder
au polissage final après le traitement thermique. Si cela s'avère impossible, il convient de procéder au
traitement thermique sous vide ou sous gaz inerte pour éviter l'oxydation de l'éprouvette. Ce traitement
ne doit pas modifier les caractéristiques microstructurales du matériau à l'étude. Les conditions
particulières du traitement thermique et la procédure d'usinage doivent être consignées avec les
résultats d'essai.
Afin d'éviter l'amorçage prématuré de fissures dans les angles bruts, il est recommandé d'arrondir les
angles par polissage ou, mieux encore, d'usiner un rayon donné.
7.3.2.2 Modification de la microstructure du matériau
Ce phénomène peut être provoqué par l'augmentation de la température et/ou par l'écrouissage induit
par l'usinage ou le meulage. Il peut s'agir d'un changement de phase ou, plus fréquemment, d'une
recristallisation de la surface. Cela a pour conséquence immédiate de rendre un essai non valide, car le
matériau soumis à essai n'est plus le matériau initial. Il convient donc de prendre toutes les précautions
pour éviter ce risque.
En cas de doute, une microstructure de la surface de l’éprouvette doit être réalisée.
7.3.2.3 Introduction de contaminants
Certains matériaux voient leurs propriétés mécaniques dégradées en présence de certains éléments ou
composés chimiques. Il s'agit, par exemple, de l'influence du chlore sur les aciers et les alliages de titane.
Ces éléments doivent donc être évités dans les produits utilisés (fluides de coupe, etc.). Il est recommandé
de rincer et de dégraisser les éprouvettes avant le stockage.
7.3.3 Échantillonnage et marquage
L'échantillonnage des matériaux d'essai à partir d'un produit semi-fini ou d'un composant peut avoir une
influence majeure sur les résultats obtenus pendant l'essai. Il est donc nécessaire de procéder à cet
échantillonnage en toute connaissance de la situation. Si nécessaire, un schéma d'échantillonnage, associé
au rapport d'essai, doit clairement indiquer :
— la position de chacune des éprouvettes ;
— les directions caractéristiques dans lesquelles le produit semi-fini a été usiné (sens du laminage,
extrusion, etc., selon le cas) ;);
— le marquage/identification de chacune des éprouvettes.
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Les éprouvettes doivent porter une marque/identification à chacune des différentes étapes de leur
préparation. Cette marque/identification peut être appliquée selon une méthode fiable dans une zone qui
n'est pas susceptible de disparaître pendant l'usinage ou d'avoir un impact négatif sur la qualité de l'essai.
Avant l'essai, l'identification doit être appliquée à chaque extrémité de l'éprouvette.
7.3.4 Contrôles dimensionnels
Il convient que les dimensions soient mesurées à l'issue de l'usinage final selon une méthode de
métrologie qui ne modifie pas le résultat de l'essai de fatigue.
7.3.5 Stockage et manutention
Après préparation, il convient de stocker les éprouvettes de manière à éviter tout risque de dommage
(rayure par contact, oxydation, etc.) L'utilisation d’un conteneur individuel est recommandée. Dans
certains cas, le stockage sous vide ou dans un dessiccateur rempli de gel de silice est nécessaire.
Il convient de réduire la manutention au minimum nécessaire. Une attention particulière doit être
accordée pour éviter toute marque ou rayure.
8 Appareillage
8.1 Machine d’essai
8.1.1 Introduction
Les essais doivent être effectués sur une machine de traction-compression conçue pour démarrer sans à-
coup. Pour un rapport de charge négatif, aucun jeu mécanique lors du passage à zéro de l'effort n’est
requis. La machine doit présenter une rigidité latérale et un alignement précis.
Il convient de contrôler régulièrement la machine d'essai et ses systèmes de commande et de mesure.
En particulier, chaque capteur et élément électronique associé doit toujours être contrôlé comme une
unité.
8.1.2 Capteur de force
Le capteur de force doit présenter une rigidité axiale et latérale. Sa capacité doit être adaptée aux forces
appliquées pendant l'essai. Il doit être adapté à la fatigue et aux forces appliquées pendant l'essai. La force
indiquée enregistrée à la sortie de l'ordinateur dans un système automatisé ou du dispositif
d'enregistrement de résultat final d'un système non automatisé doit être dans les limi
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 22407
Première édition
2021-06
Matériaux métalliques — Essais de
fatigue — Méthode par flexion plane
axiale
Metallic materials — Fatigue testing — Axial plane bending method
Numéro de référence
ISO 22407:2021(F)
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Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 4
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette . 4
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai . 4
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue. 4
5 Principe de l’essai . 5
6 Plan d’essai . 5
6.1 Présentation générale . 5
7 Éprouvette . 5
7.1 Forme des éprouvettes . 5
7.2 Dimension de l’éprouvette. 6
7.3 Préparation des éprouvettes . 6
7.3.1 Généralités . 6
7.3.2 Procédure d'usinage . . 7
7.3.3 Échantillonnage et marquage . 8
7.3.4 Contrôles dimensionnels . 8
7.3.5 Stockage et manutention . . 8
8 Appareillage . 8
8.1 Machine d’essai . 8
8.1.1 Introduction . 8
8.1.2 Capteur de force . 8
8.1.3 Transducteur de déplacement . 9
8.1.4 Compteur de cycles . 9
8.1.5 Instruments de surveillance des essais . 9
8.1.6 Système anti-rotation . 9
8.2 Dispositif d'essai . 9
9 Calcul des contraintes .10
9.1 Introduction . 10
9.2 Section transversale rectangulaire . 10
9.2.1 Angle angulaire . 10
9.2.2 Angle arrondi. 10
9.3 Section transversale chanfreinée . 10
10 Contrôle de l'homogénéité des contraintes .11
10.1 Principe . 11
10.2 Méthode de mesure . 11
10.3 Calculs . 11
11 Procédure d'essai .12
11.1 Montage du dispositif d'essai .12
11.2 Montage de l'éprouvette . 12
11.3 Vitesse de l'essai . 12
11.4 Application de la force ou de déplacement .12
11.5 Consignation de la température et de l'humidité .12
11.6 Critère de rupture et fin de l'essai. 13
11.6.1 Critère de rupture . 13
11.6.2 Fin de l’essai .13
11.7 Validité de l’essai . 13
12 Présentation des résultats de fatigue .13
iii
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---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 22407:2021(F)
13 Rapport d’essai .13
14 Incertitude de mesure.14
Annexe A (informative) Éprouvettes entaillées en fatigue.18
Bibliographie .19
iv
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---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 22407:2021(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
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---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 22407:2021(F)
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par
flexion plane axiale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les conditions de réalisation de l'essai de fatigue par flexion plane sur
une machine axiale, à amplitude constante, à force ou à déplacement contrôlé, à température ambiante
(idéalement entre 10 °C et 35 °C) sur des éprouvettes métalliques, sans introduire délibérément
des concentrations de contrainte. Le présent document ne comprend pas l'essai de chargement
partiellement ou totalement inversé. Le but de l'essai est de fournir des résultats pertinents, tels que la
relation entre la contrainte appliquée et le nombre de cycles jusqu'à la rupture pour un état donné du
matériau, exprimé par la dureté et la microstructure, avec différents rapports de contrainte.
Bien que la forme, la préparation et les essais des éprouvettes de section transversale rectangulaire et
chanfreinée soient spécifiés, les essais de composants et autres formes d'essais spécialisés ne sont pas
inclus dans le présent document.
Les essais de fatigue réalisés sur des éprouvettes entaillées ne sont pas couverts par le présent
document car la forme et la taille des éprouvettes entaillées n'ont été spécifiées dans aucune norme
jusqu'à présent. Des recommandations sont données dans l'Annexe A. Toutefois, les procédures d'essai
de fatigue décrites dans le présent document peuvent être utilisées pour l’essai de ces éprouvettes
entaillées.
Il est possible que les résultats d'un essai de fatigue soient affectés par les conditions atmosphériques.
Lorsque des conditions contrôlées sont requises, l'ISO 554:1976, 2.1 s'applique.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ASTM E2309/E2309M, Standard Practices for Verification of Displacement Measuring Systems and Devices
Used in Material Testing Machines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
1
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ISO 22407:2021(F)
3.1
épaisseur de la section d'essai
δ
épaisseur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.2
largeur de la section d'essai
w
largeur de la section réduite d’une éprouvette rectangulaire
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.3
longueur d'éprouvette
L
z
longueur totale de l'éprouvette
3.4
section transversale de l’éprouvette
S
surface de la section transversale de l’éprouvette
3.5
rayon d’angle
r
c
rayon de l'angle de l'éprouvette de section transversale rectangulaire
3.6
distance entre les points de chargement intérieurs
d
1
distance entre les axes des deux rouleaux intérieurs
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
3.7
distance entre les points de chargement extérieurs
d
2
distance entre les axes des deux rouleaux extérieurs
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
3.8
diamètre de rouleau
D
R
diamètre des quatre rouleaux
3.9
cycle de contrainte
plus petite portion de la fonction contrainte-temps, répétée de manière identique
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.10
contrainte maximale
σ
max
plus grande valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
2
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---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 22407:2021(F)
3.11
contrainte moyenne
σ
m
demi-somme algébrique de la contrainte maximale et de la contrainte minimale dans un cycle de
contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.12
contrainte minimale
σ
min
plus petite valeur algébrique de la contrainte dans un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: Voir Figure 4.
3.13
amplitude de contrainte
σ
a
demi-somme de la différence algébrique entre la contrainte maximale et la contrainte minimale dans
un cycle de contrainte
Note 1 à l'article: σ = Δσ/2
a
Note 2 à l'article: Voir Figure 4.
3.14
étendue de contrainte
Δσ
différence arithmétique entre les contraintes maximale et minimale
Note 1 à l'article: Δσ = σ – σ
max min
Note 2 à l'article: Voir Figure 4.
3.15
rapport de contrainte
R
σ
rapport de la contrainte minimale sur la contrainte maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l'article: R = σ /σ
σ min max
Note 2 à l'article: Voir Figure 5.
3.16
rapport de charge
R
F
rapport de la force minimale sur la force maximale pour chaque cycle de l’essai de fatigue
Note 1 à l'article: R = F /F
F min max
Note 2 à l'article: Voir Figure 5.
3.17
nombre de cycles
N
nombre de plus petits segments de la fonction force-temps, contrainte-temps, déformation-temps, etc.,
répétés régulièrement
3.18
durée de vie en fatigue
N
f
nombre de cycles appliqués pour atteindre un critère de rupture défini
3
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---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 22407:2021(F)
3.19
force appliquée
F
force appliquée pendant l'essai (pour l'essai par force contrôlée)
3.20
moment de flexion
M
moment constant entre les rouleaux intérieurs, calculé avec la force appliquée et les distances entre les
rouleaux (d et d )
1 2
F
Note 1 à l'article: M=−dd
()
21
4
4 Symboles
4.1 Symboles relatifs à la géométrie de l'éprouvette
Symbole Désignation Unité
δ Épaisseur de la section d'essai mm
Épaisseur réduite de l'éprouvette
δ mm
1
chanfreinée
w Largeur de la section d'essai mm
Largeur réduite de l'éprouvette
w mm
1
chanfreinée
L Longueur d'éprouvette mm
z
4
I Second moment d’inertie mm
Distance maximale par rapport
d mm
nba
à l'axe neutre de flexion
2
S Section transversale de l’éprouvette mm
r Rayon d’angle mm
c
4.2 Symboles relatifs au dispositif d'essai
Symbole Désignation Unité
Distance entre les points de
d mm
1
chargement intérieurs
Distance entre les points de
d mm
2
chargement extérieurs
D Diamètre de rouleau mm
R
4.3 Symboles relatifs à l'essai de fatigue
Symbole Désignation Unité
Homogénéité des contraintes
β
hi
pour la charge i
σ Contrainte maximale MPa
max
σ Contrainte moyenne MPa
m
σ Contrainte minimale MPa
min
σ Amplitude de contrainte MPa
a
Δσ Étendue de contrainte MPa
σ Contrainte d’essai MPa
4
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ISO 22407:2021(F)
Symbole Désignation Unité
R Rapport de contrainte
σ
R Rapport de charge
F
N Nombre de cycles cycles
N Durée de vie en fatigue cycles
f
F Force appliquée N
M Moment de flexion N-m
5 Principe de l’essai
Le principe de l'essai consiste à placer une éprouvette entre quatre rouleaux tel qu’illustré à la Figure 3.
Ensuite, une force cyclique d'amplitude constante est appliquée de sorte qu'une contrainte de tension
d'amplitude constante est appliquée à la surface soumise à essai de l'éprouvette. L'essai est ensuite
poursuivi jusqu'à la rupture de l'éprouvette ou jusqu'à ce qu'un nombre prédéterminé de cycles de
contrainte soit atteint.
Les éprouvettes nominalement identiques sont montées sur une machine d'essai de fatigue et soumis
à la condition de chargement requise pour introduire des cycles de contrainte de flexion plane. L'un
quelconque des types de contraintes cycliques illustrés à la Figure 5 peut être utilisé. La forme d'onde
d'essai doit être sinusoïdale à amplitude constante.
6 Plan d’essai
6.1 Présentation générale
Avant de commencer les essais, les éléments suivants doivent faire l'objet d'un accord entre les parties
concernées, sauf spécification contraire dans la norme de produits correspondante:
a) La forme de l’éprouvette à utiliser (voir 7.1);
b) Le(s) rapport(s) de contrainte à utiliser;
c) L'objectif des essais, c'est-à-dire ce que l'on souhaite déterminer parmi les éléments suivants:
— la durée de vie en fatigue à amplitude de contrainte spécifiée;
— la résistance à la fatigue pour un nombre spécifié de cycles;
— une courbe de Wöhler ou courbe S-N complète;
d) le nombre d'éprouvettes à soumettre à essai et la séquence des essais;
e) le nombre de cycles auquel un essai réalisé sur une éprouvette considérée comme non-rompue doit
être terminé.
7 Éprouvette
7.1 Forme des éprouvettes
Les éprouvettes sont généralement entièrement usinées avec une section transversale rectangulaire
d'épaisseur uniforme sur toute section d'essai. Afin d'éviter l'amorçage de fissures à partir des angles,
deux solutions peuvent être envisagées:
— usinage d'un rayon sur chaque angle (Figure 1);
[8]
— usage d'une éprouvette à section transversale chanfreinée (Figure 2).
5
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ISO 22407:2021(F)
Lorsque l'on souhaite tenir compte de l'état de surface dans lequel le métal sera utilisé dans l'application
réelle, il convient que la surface de contrainte maximale reste non usinée.
7.2 Dimension de l’éprouvette
Afin d'avoir une influence minimale de la contrainte de cisaillement sur la contrainte de flexion
(inférieure à 5 %, exprimée en contrainte équivalente de Von Mises), le rapport suivant [Formule (1)]
doit être respecté:
δ
<05, (1)
dd−
21
En raison de la flexion de l’éprouvette, la distance entre les points de contact des rouleaux sur
l’éprouvette change lorsque la charge est appliquée. Ce changement affecte le niveau de contrainte dans
l'éprouvette par rapport à la valeur calculée dans l’Article 9.
L'erreur entre la contrainte calculée, σ , et la contrainte réelle, σ , est proportionnelle au diamètre
cal real
du rouleau et peut être approximée à l'aide de la Formule (2). Cette erreur doit être inférieure à 5 %.
σσ− 33Dd + d
()
calreal R 21
= Δr (2)
2
σ
dd− dd+2
cal () ()
21 21
où le déplacement maximal des amarrages pendant l'essai, Δr, peut être déterminé avec la Formule (3):
M
Δr=−dd dd+2 (3)
()()
21 21
12EI
où
E est le module de Young du matériau de l'éprouvette soumis à essai.
7.3 Préparation des éprouvettes
7.3.1 Généralités
Dans un programme d'essai de fatigue destiné à caractériser les propriétés intrinsèques d'un matériau,
il est important d'observer les recommandations suivantes lors de la préparation des éprouvettes. La
dérogation à ces recommandations est possible si le programme d'essais vise à déterminer l'influence
d'un facteur particulier (traitement de surface, oxydation, etc.) incompatible avec ces recommandations.
Dans tous les cas, ces dérogations doivent être signalées dans le rapport d'essai.
Les états de surface des éprouvettes ont un effet sur les résultats d'essai. Cet effet est en général associé
à un ou plusieurs des facteurs suivants:
— la rugosité de surface de l'éprouvette;
— la présence de contraintes résiduelles;
— modification de la microstructure du matériau;
— introduction de produits contaminants.
Les recommandations indiquées en 7.3.2, 7.3.3 et 7.3.4 permettent de réduire l’influence de ces facteurs
à un niveau minimal.
6
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ISO 22407:2021(F)
7.3.2 Procédure d'usinage
7.3.2.1 Généralités
La procédure d'usinage choisie peut engendrer des contraintes résiduelles à la surface de l'éprouvette,
susceptibles d'avoir un impact sur les résultats d'essai. Ces contraintes peuvent être induites par des
gradients thermiques au stade de l'usinage ou peuvent être liées à la déformation du matériau, ou à
des altérations microstructurales. Leur influence est moindre lorsqu'elles sont soumises à essai à des
niveaux de contrainte élevés, car elles peuvent être partiellement ou totalement relâchées. Toutefois,
elles doivent être réduites en utilisant une procédure d'usinage final appropriée, en particulier avant le
stade du polissage final.
Il est recommandé de contrôler la présence de ces contraintes résiduelles de surface en utilisant, par
exemple, des techniques de diffraction à rayons X.
La rugosité de la surface est généralement quantifiée par la valeur moyenne de la rugosité ou un
[1]
équivalent (par exemple, la rugosité en dix points ou la hauteur maximale des irrégularités). Un écart
moyen arithmétique inférieur à 0,2 µm (ou équivalent) doit être spécifié.
Comme la durée de vie en fatigue dépend davantage de la rugosité locale, la valeur de la hauteur
maximale du profil donne des informations supplémentaires sur la rugosité de la surface et doit donc
être mesurée et consignée.
Un autre paramètre important non couvert par la rugosité moyenne est la présence de rayures d'usinage
localisées Une rectification finale suivie d'un polissage mécanique longitudinal est particulièrement
recommandée. Un contrôle à faible grossissement (environ ×20) ne doit révéler aucune rayure
transversale dans la longueur calibrée.
Il peut être préférable de procéder à un meulage longitudinal plutôt que l’utilisation d'un outil (fraisage)
suivie d'un polissage.
Si un traitement thermique doit être réalisé après l’ébauche des éprouvettes, il est préférable de
procéder au polissage final après le traitement thermique. Si cela s'avère impossible, il convient de
procéder au traitement thermique sous vide ou sous gaz inerte pour éviter l'oxydation de l'éprouvette.
Ce traitement ne doit pas modifier les caractéristiques microstructurales du matériau à l'étude. Les
conditions particulières du traitement thermique et la procédure d'usinage doivent être consignées
avec les résultats d'essai.
Afin d'éviter l'amorçage prématuré de fissures dans les angles bruts, il est recommandé d'arrondir les
angles par polissage ou, mieux encore, d'usiner un rayon donné.
7.3.2.2 Modification de la microstructure du matériau
Ce phénomène peut être provoqué par l'augmentation de la température et/ou par l'écrouissage induit
par l'usinage ou le meulage. Il peut s'agir d'un changement de phase ou, plus fréquemment, d'une
recristallisation de la surface. Cela a pour conséquence immédiate de rendre un essai non valide, car le
matériau soumis à essai n'est plus le matériau initial. Il convient donc de prendre toutes les précautions
pour éviter ce risque.
En cas de doute, une microstructure de la surface de l’éprouvette doit être réalisée.
7.3.2.3 Introduction de contaminants
Certains matériaux voient leurs propriétés mécaniques dégradées en présence de certains éléments
ou composés chimiques. Il s'agit, par exemple, de l'influence du chlore sur les aciers et les alliages de
titane. Ces éléments doivent donc être évités dans les produits utilisés (fluides de coupe, etc.). Il est
recommandé de rincer et de dégraisser les éprouvettes avant le stockage.
7
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---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 22407:2021(F)
7.3.3 Échantillonnage et marquage
L'échantillonnage des matériaux d'essai à partir d'un pro
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 22407
ISO/TC 164/SC 4
Metallic materials — Fatigue testing —
Secretariat: ANSI
Axial plane bending method
Voting begins on:
2021­03­04
Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par flexion
plane axiale
Voting terminates on:
2021­04­29
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/FDIS 22407:2021(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2021

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 22407:2021(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address
below or ISO’s member body in the country of the requester.
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH­1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved

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ISO/FDIS 22407:2021(E)

Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 4
4.1 Symbols related to specimen geometry . 4
4.2 Symbols related to testing device . 4
4.3 Symbols related to fatigue test . 4
5 Principle of test . 5
6 Test plan . 5
6.1 General outline . 5
7 Specimen . 5
7.1 Shape of specimens . 5
7.2 Size of specimen . 6
7.3 Preparation of specimens . 6
7.3.1 General. 6
7.3.2 Machining procedure . 7
7.3.3 Sampling and marking . 7
7.3.4 Dimensional checks . 8
7.3.5 Storage and handling . 8
8 Apparatus . 8
8.1 Testing machine . 8
8.1.1 Introduction . 8
8.1.2 Force transducer . 8
8.1.3 Displacement transducer . 9
8.1.4 Cycle counter . 9
8.1.5 Instrumentation for test monitoring . 9
8.1.6 Anti-rotation system . 9
8.2 Testing device . 9
9 Stress calculation .10
9.1 Introduction .10
9.2 Rectangular cross­section .10
9.2.1 Angular corner .10
9.2.2 Rounded corner .10
9.3 Bevelled cross­section .10
10 Stress homogeneity check .10
10.1 Principle .10
10.2 Measurement method .11
10.3 Calculations .11
11 Test procedure .11
11.1 Mounting of testing device .11
11.2 Mounting of specimen .11
11.3 Rate of testing .12
11.4 Application of force or displacement .12
11.5 Recording of temperature and humidity .12
11.6 Criterion of failure and test termination .12
11.6.1 Criterion of failure .12
11.6.2 Test termination .12
11.7 Test validity .12
12 Presentation of fatigue results .13
© ISO 2021 – All rights reserved iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/FDIS 22407:2021(E)

13 Test report .13
14 Measurement uncertainty .14
Annex A (informative) Fatigue notched specimens .17
Bibliography .18
iv © ISO 2021 – All rights reserved

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/FDIS 22407:2021(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. 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 non­governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee SC 4, Fatigue, fracture and toughness testing.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
© ISO 2021 – All rights reserved v

---------------------- Page: 5 ----------------------
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 22407:2021(E)
Metallic materials — Fatigue testing — Axial plane
bending method
1 Scope
This document specifies the conditions for conducting the plane bending fatigue test on an axial
machine, constant-amplitude, force or displacement controlled, at room temperature (ideally between
10 °C and 35 °C) on metallic specimens, without deliberately introduced stress concentrations. This
document does not include the reversed/partially loading test. The purpose of the test is to provide
relevant results, such as the relation between applied stress and number of cycles to failure for a given
material condition, expressed by hardness and microstructure, at various stress ratios.
Although the shape, preparation and testing of specimens of rectangular and bevelled cross­section are
specified, component testing and other specialized forms of testing are not included in this document.
Fatigue tests on notched specimens are not covered by this document since the shape and size of
notched test pieces have not been specified in any standard so far. Guidelines are given in Annex A.
However, the fatigue­test procedures described in this document can be used for testing such notched
specimens.
It is possible for the results of a fatigue test to be affected by atmospheric conditions. Where controlled
conditions are required, ISO 554:1976, 2.1 applies.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 7500­1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system
ASTM E2309/E2309M, Standard Practices for Verification of Displacement Measuring Systems and Devices
Used in Material Testing Machines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
thickness of test section
δ
thickness of reduced section of rectangular test specimen
Note 1 to entry: See Figure 1.
© ISO 2021 – All rights reserved 1

---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/FDIS 22407:2021(E)

3.2
width of test section
w
width of reduced section of rectangular test specimen
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.3
specimen length
L
z
overall length of test specimen
3.4
specimen cross-section
S
surface of the specimen cross­section
3.5
corner radius
r
c
radius of the corner of rectangular cross­section specimen
3.6
distance between inner loading points
d
1
distance between the axes of the two inner rollers
Note 1 to entry: See Figure 3.
3.7
distance between outer loading points
d
2
distance between the axes of the two outer rollers
Note 1 to entry: See Figure 3.
3.8
roller diameter
D
R
diameter of the four rollers
3.9
stress cycle
smallest segment of stress-time that is repeated identically
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.10
maximum stress
σ
max
greatest algebraic value of stress in a stress cycle
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.11
mean stress
σ
m
one-half the algebraic sum of the maximum stress and the minimum stress in a stress cycle
Note 1 to entry: See Figure 4.
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3.12
minimum stress
σ
min
least algebraic value of stress in a stress cycle
Note 1 to entry: See Figure 4.
3.13
stress amplitude
σ
a
one-half the algebraic difference between the maximum stress and the minimum stress in a stress cycle
Note 1 to entry: to entry:
σ = Δσ/2
a
Note 2 to entry: See Figure 4.
3.14
stress range
Δσ
arithmetic difference between the maximum and minimum stress
Note 1 to entry: to entry:
Δσ = σ – σ
max min
Note 2 to entry: See Figure 4.
3.15
stress ratio
R
σ
ratio of minimum to maximum stress during any single cycle of fatigue operation
Note 1 to entry: to entry:
R = σ /σ
σ min max
Note 2 to entry: See Figure 5.
3.16
load ratio
R
F
ratio of minimum to maximum load during any single cycle of fatigue operation
Note 1 to entry: to entry:
R = F /F
F min max
Note 2 to entry: See Figure 5.
3.17
number of cycles
N
number of smallest segments of the force­time, stress­time, strain­time, etc., function that is repeated
periodically
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3.18
fatigue life
N
f
number of applied cycles to achieve a defined failure criterion
3.19
applied force
F
force applied during the test (for force­controlled test)
3.20
bending moment
M
constant moment between the inner rollers, calculated with the applied force and the distances
between the rollers (d and d )
1 2
Note 1 to entry: to entry:
F
M=−dd
()
21
4
4 Symbols
4.1 Symbols related to specimen geometry
Symbol Designation Unit
δ Thickness of test section mm
Reduced thickness of the bevelled
δ mm
1
specimen
w Width of test section mm
Reduced width of the bevelled
w mm
1
specimen
L Specimen length mm
z
4
I Second moment of area mm
Maximum distance from the neutral
d mm
nba
bending axis
2
S Specimen cross­section mm
r Corner radius mm
c
4.2 Symbols related to testing device
Symbol Designation Unit
Distance between inner loading
d mm
1
points
Distance between outer loading
d mm
2
points
D Roller diameter mm
R
4.3 Symbols related to fatigue test
Symbol Designation Unit
σ Maximum stress MPa
max
σ Mean stress MPa
m
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Symbol Designation Unit
σ Minimum stress MPa
min
σ Stress amplitude MPa
a
Δσ Stress range MPa
σ Test stress MPa
R Stress ratio
σ
R Load ratio
F
N Number of cycles cycles
N Fatigue life cycles
f
F Applied force N
M Bending moment N­m
5 Principle of test
The principle of the test is to place a specimen between four rollers as shown in Figure 3. Then a constant
amplitude cyclic force is applied so that a constant amplitude tension stress is applied to the tested
surface of the specimen. The test is then continued until the specimen fails or until a predetermined
number of stress cycles is reached.
Nominally identical specimens are mounted on a fatigue testing machine and subjected to the loading
condition required to introduce cycles of plane bending stress. Any one of the types of cyclic stress
illustrated in Figure 5 may be used. The test waveform shall be constant-amplitude sinusoidal.
6 Test plan
6.1 General outline
Before commencing testing, the following shall be agreed by the parties concerned, unless specified
otherwise in the relevant product standard:
a) The form of specimen to be used (see 7.1);
b) The stress ratio(s) to be used;
c) The objective of the tests, i.e., which of the following is to be determined:
— the fatigue life at a specified stress amplitude;
— the fatigue strength at a specified number of cycles;
— a full Wöhler or S­N curve;
d) The number of specimens to be tested and the testing sequence;
e) The number of cycles at which a test on an unfailed specimen shall be terminated.
7 Specimen
7.1 Shape of specimens
The specimens are generally fully machined with a rectangular cross-section of uniform thickness over
the test section. In order to avoid crack initiation from corners, two solutions may be considered:
— machining of a radius on each corner (Figure 1);
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[8]
— use of a bevelled cross­section specimen (Figure 2)
When it is desired to take account of the surface condition in which the metal will be used in actual
application, the surface of maximum stress should remain unmachined.
7.2 Size of specimen
In order to have a minimum influence of the shear stress on the bending stress (lower than 5 %,
expressed in Von Mises equivalent stress), the following ratio [Formula (1)] shall be respected:
δ
<05, (1)
dd−
21
Due to the bending of the specimen, the distance between the contact points of the rollers on the
specimen changes when the load is applied. This change affects the stress level in the specimen
compared with the value calculated in Clause 9.
The error between the calculated stress, σ , and the real stress, σ , is proportional to the roller
cal real
diameter and can be approximated using Formula (2). This error shall be lower than 5 %.
σσ− 33Dd + d
()
calreal R 21
= Δr (2)
2
σ
cal ()dd− ()dd+2
21 21
where the maximum displacement of the grips during the test, Δr, can be determined with Formula (3):
M
Δr=−dd dd+2 (3)
()()
21 21
12EI
where
E is the Young modulus of the tested specimen material.
7.3 Preparation of specimens
7.3.1 General
In any fatigue-test programme designed to characterize the intrinsic properties of a material, it is
important to observe the following recommendations in the preparation of specimens. 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, these deviations shall be noted in the test report.
The surface conditions of the specimens have an effect on the test results. This effect is generally
associated with one or more of the following factors:
— the specimen surface roughness;
— the presence of residual stresses;
— alteration in the microstructure of the material;
— introduction of contaminants.
The recommendations given in 7.3.2, 7.3.3 and 7.3.4 allow for the influence of these factors to be reduced
to a minimum.
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7.3.2 Machining procedure
7.3.2.1 General
The machining procedure selected can produce residual stresses on the specimen surface that are
likely to affect the test results. These stresses can be induced by heat gradients at the machining stage,
stresses associated with deformation of the material, or microstructural alterations. Their influence is
less when tested at high stress levels because they can be partially or totally relaxed. However, they shall
be reduced by using an appropriate final machining procedure, especially prior to a final polishing stage.
It is recommended to check for such surface residual stresses using X-ray diffraction techniques, for
example.
The surface roughness is commonly quantified by the mean roughness value or equivalent (e.g. ten-
[1]
point roughness or maximum height of irregularities) . An arithmetic mean deviation of less than
0,2 µm (or equivalent) shall be specified.
Because the fatigue life is more dependent on local roughness, maximum height of profile value gives
additional information on the surface roughness and thus shall be measured and reported.
Another important parameter not covered by mean roughness is the presence of localized machining
scratches. Final grinding followed by longitudinal mechanical polishing is particularly recommended.
A low magnification check (approximately ×20) shall not show any transverse scratches within the
gauge length.
Longitudinal grinding rather than tool operation (milling) followed by polishing may be preferred.
If heat treatment is to be carried out after rough finishing of the specimens, it is preferable to carry out
the final polishing after the heat treatment. If this is not possible, the heat treatment should be carried
out in a vacuum or in inert gas to prevent oxidation of the specimen. This treatment shall not alter the
microstructural characteristics of the material under study. The specifics of the heat treatment and
machining procedure shall be reported with the test results.
In order to avoid premature crack initiation for raw corners, it is recommended to round angles by
polishing or even better to machine a given radius.
7.3.2.2 Alteration of the microstructure of the material
This phenomenon can be caused by an increase in temperature and/or by strain-hardening induced
by machining or grinding. It can be a matter of a change in phase or, more frequently, of surface
recrystallization. The immediate effect of this is to make a test invalid, as the material tested is no
longer the initial material. Every precaution should therefore be taken to avoid this risk.
If there is any doubt, a microstructure of the surface of the specimen shall be completed.
7.3.2.3 Introduction of contaminants
The mechanical properties of certain materials deteriorate when in the presence of certain elements or
compounds. An example of this is the effect of chlorine on steels and titanium alloys. These elements
shall therefore be avoided in the products used (cutting fluids, etc.). Rinsing and degreasing of
specimens prior to storage is also recommended.
7.3.3 Sampling and marking
The sampling of test materials from a semi-finished product or a component can have a major influence
on the results obtained during the test. It is therefore necessary for this sampling to be carried out
with full knowledge of the situation. If necessary, a sampling drawing, attached to the test report, shall
indicate clearly:
— the position of each specimen;
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— the characteristic directions in which the semi-finished product has been worked (direction of
rolling, extrusion, etc., as appropriate);
— the marking/identifying of each of the specimens.
The specimens shall carry a mark/identification during each different stage of their preparation. Such a
mark/identification may be applied using any reliable method in an area not likely to disappear during
machining or likely to adversely affect the quality of the test.
Before testing, identification shall be applied to each end of the specimen.
7.3.4 Dimensional checks
The dimensions should be measured on completion of the final machining stage using a method of
metrology that does not alter the fatigue test result.
7.3.5 Storage and handling
After preparation, the specimens should be stored so as to prevent any risk of damage (scratching by
contact, oxidation, etc.). The use of individual container is recommended. In certain cases, storage in a
vacuum or in a desiccator filled with silica gel is necessary.
Handling should be reduced to the minimum necessary. Particular attention shall be given to avoid any
mark or scratch.
8 Apparatus
8.1 Testing machine
8.1.1 Introduction
The tests shall be carried out on a tension­compression machine, designed for a smooth start­up. For a
negative load ratio,
...