ISO 7539-1:1987
(Main)Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 1: General guidance on testing procedures
Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 1: General guidance on testing procedures
Descsribes the general considerations which apply when designing and conducting tests to assess susceptibility of metals to stress corrosion. Particular methods of test are not treated in detail in this document. These are specified in the additional parts of ISO 7539.
Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 1: Guide général des méthodes d'essai
La présente partie de l'ISO 7539 expose les considérations générales qui s'appliquent à la mise au point et à la réalisation des essais servant à évaluer la sensibilité à la corrosion sous contrainte. NOTE -- Aucune méthode particulière n'est traitée en détail dans ce document. Voir pour cela les parties appropriées de l'ISO 7539.
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Relations
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Standards Content (Sample)
ISO
INTERNATIONAL STANDARD
75394
First edition
1987-08- 15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOAHAR OPTAHM3A~MR fl0 CTAHAAPTM3A~MM
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion
testing -
Part 1 :
General guidance on testing procedures
Essais de corrosion sous contrainte -
Corrosion des m&aux et alliages -
Partie 1: Guide g&&al des mhthodes d’essai
Reference number
ISO 7539-1 : 1987 (E)
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national Standards bodies (ISO member bedies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the ISO Council. They are approved in accordance with ISO procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard ISO 7539-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 156,
Corrosion of metals and alloys.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
0 International Organkation for Standardization, 1987 l
Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7539-1: 1987 (E)
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion
testing -
Part 1 : .
General guidance on testing procedures
2.2 threshold stress (for stress corrosion) : The stress
0 lntroduction
above which stress corrosion Cracks initiate and grow, for the
specified test conditions.
This part of ISO 7539 gives general guidance on the selection,
use and interpretation of the significance of various test pro-
cedures that have been developed for the assessment of the
2.3 threshold stress intensity factor (for stress
resistance of metals and alloys to stress corrosion. These test
corrosion) : The stress intensity factor above which stress cor-
procedures are described in a series of additional Parts as
rosion Cracks will initiate, under conditions of high constraint to
follows :
plastic deformation, i.e. under plane strain predominant condi-
tions.
Part 2 : Preparation and use of bent-beam specimens.
2.4 test environment : Either a Service environment, or an
Part 3 : Preparation and use of U-bend specimens.
environment produced in the laboratory, to which the test
specimen is exposed and which is maintained constant or
Part 4 : Preparation and use of uniaxially loaded tension
varied in an agreed manner. In the case of stress corrosion the
specimens.
environment is often quite specific (see clause 6).
Part 5 : Preparation and use of C-ring specimens.
2.5 Start of test : The time when the stress is applied or
Part 6 : Preparation and use of pre-cracked specimens.
when the specimen is exposed to the test environment,
whichever occurs later.
Part 7 : Slow strain rate testing.
2.6 Crack initiation time : The period from the statt of a
test to the time when a Crack is detectable by the means
employed.
1 Scope and field of application
2.7 time to failure : The period elapsing between the Start
This part of ISO 7539 describes the general considerations
of a test and the occurrence of failure, the criterion of failure
which apply when designing and conducting tests to assess
being the first appearance of cracking or the total Separation of
susceptibility of metals to stress corrosion.
the test piece, or some agreed intermediate condition.
NOTE - Particular methods of test are not treated in detail in this
document. These are described in the additional Parts of ISO 7539.
2.8 slow strain rate test : A test involving controlled
extension or bending of the test specimen at a strain rate
usually in the region 10 -3 to IO-7 s -1. The strain is increased
either continuously or in Steps, but not cyclically.
2 Definitions
2.9 average Crack velocity : The maximum depth of
2.1 stress corrosion : Synergistic attack on a metal caused
crack(s) due to stress corrosion, divided by the test time.
by the simultaneous action of a corrosive environment and
nominally static tensile stress which usually results in the for-
mation of Cracks. This process frequently results in a significant 2.10 orientation : The direction of applied tensile stress of a
reduction of the load-bearing properties of metallic structures. test specimen with respect to some specified direction in the
product from which it was prepared, e.g. the rolling direction in
the plate.
NOTE - See stress corrosion cracking (3.1).
1
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Iso 7539-1: 1987 (El
3.5 In the following clauses attention is drawn particularly to
3 Background
the fact that the stress corrosion process tan be extremely sen-
sitive to small changes in exposure or test conditions. The user
3.1 From the definition of stress corrosion (2.1) it is apparent of materials is responsible for selecting the conditions under
that stress corrosion cracking is a particular case of stress
which stress corrosion tests are performed and the fact that
corrosion and in some circumstances attack may not result in some tests are described in this International Standard does not
the formation of Cracks. Although it is generally agreed that
imply that these tests are the most appropriate ones for any
cracking is the usual result, other manifestations such as given Situation. The justification for describing these tests in a
intergranular corrosion or elongated fissures, which are Standard is that they are in widespread use and have been pro-
enhanced by the presence of stress, have also to be recog-
ven as valid for specific or common equipment-environment
nized. Systems. However, the responsibility for interpretation of the
test results remains with the user of materials and it is in no way
diminished by the’existence of this Standard.
Whilst recognizing that these differentes exist, for the purpose
of this document, which is concerned with test methods, the
terms “stress corrosion” and “stress corrosion cracking” tan
3.6 In addition to specific Parts of this International Standard
be regarded as being synonymous as is usually the case in
to cover the most widely used methods, it is considered that
corrosion literature.
this more general document, concerned with the selection of
test details and the interpretation of results, is required. In
preparing this Part, use has been made of an earlier review of
As far as this International Standard is concerned, all
the subject, updated where appropriate.
phenonema involving metal dissolution or the action of
hydrogen introduced into the metal as the result of
simultaneous effects of a corrosive environment and a tensile
4 Selection of test method
stress are included except for embrittlement by liquid metal and
exfoliation corrosion.
4.1 Before embarking on a Programme of stress corrosion
testing, a decision has to be made regarding which type of test
NOTE - A distinction should be made between local dissolution due
is appropriate. Such a decision depends largely upon the pur-
to deteriorations and those phenomena caused by hydrogen. The two
pose of the test and the information required. Whilst some
types of phenomena may be superimposed but cannot be confused
tests attempt to reproduce Service conditions as closely as
with a phenomenon directly imputable to deliberate hydrogen loading.
possible and are of value to the plant engineer, others may be
designed to study a mechanistic aspect of failure; In the
former, for example restrictions of material, space, time, etc.,
3.2 There exists a wide diversity of methods used for assess-
may mean the use of a relatively simple test procedure whereas
ing the stress corrosion properties of metals. Esch has its own
in other circumstances more sophisticated testing techniques
particular advantage in certain situations.
may be essential. Thus, studies of Crack propagation rates may
involve the use of pre-cracked specimens, although these may
be inappropriate when considering, for example, the effects of
3.3 Itis important to realize that the word “test” has a special
surface finish. Although a number of sophisticated techniques
meaning in the context of stress corrosion resistance or suscep-
are available, the adoption of a simple test may prove of great
tibility. Whether or not a stress corrosion process occurs in a
value in some circumstances when more elaborate techniques
given case depends on both the exposure conditions and the
cannot be used.
propetties of the material. The word “susceptibility” to stress
corrosion does not describe a material property or quality that
tan be located on a universally applicable scale, since the Order
4.2 When selecting a test method of the pass/fail type, it is
of merit of a given set of alloys may vary with exposure con-
important to realize that this should not be so severe that it
ditions.
leads to the condemnation of a material that would prove
adequate for a particular Service condition, nor should it be so
trifling as to encourage the use of a material in circumstances
3.4 Ideally, in Order to establish the risk of stress corrosion in
where rapid failure would ensue.
a given application, it is necessary to carry out Simulation >
testing under all likely Service exposure conditions. In practice
4.3 The aim of stress corrosion testing is usually to provide
this is difficult, if not impossible, and rarely achieved, but a
information more quickly than tan be obtained from Service ex-
number of “Standard tests” have been found as a result of
perience, but at the same time predictive of Service behaviour.
experience to provide reasonable guidance on likely Service
Among the most common approaches employed to achieve
behaviour for given specific applications. However, these
this are the use of higher stress, slow continuous straining, pre-
laboratory “Standard tests” are only appropriate to Service ton-
cracked specimens, higher concentration of species in test en-
ditions where experience has shown an appropriate relation-
vironment than in Service environment, increased temperature,
ship, however empirical, to exist. The fact that a given alloy
and electrochemical Stimulation. lt is important however, that
Passes or does not pass a test previously found useful in rela-
these methods be controlled in such a way that the details of
tion to another alloy may or may not be significant and a test
the failure mechanism are not changed.
that discriminates correctly between alloys used for a given
application will not necessarily provide safe guidance if the
exposure conditions are different. The use of a Standard test
4.4 If it is too difficult to reproduce the Service conditions
beyond the Point for which there is experience therefore
exactly, it may be useful to analyse the stress corrosion process
requires Validation.
in Order to determine as far as possible the main factors
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ISO 75394 : 1987 (E)
5.2.5 Constant total strain tensile tests are sometimes pre-
operating at different stages. The stress corrosion test then
ferred to bend tests, thus simplifying both the application and
selected may involve only one step of the corrosion
calculation of the stress. However, the former require more
mechanism.
massive restraining frames than bend test specimens of similar
Cross-section.
5 Stressing Systems
5.2.6 The use of restraining frames may be avoided by
employing internally stressed specimens containing residual
5.1 General
Stresses as the result of inhomogeneous deformation. The lat-
ter may be introduced by plastic bending, e.g. by producing a
Methods of loading test pieces, whether initially plain, notched
bulge in sheet or plate material, or by welding, but such tests
or pre-cracked, tan be conveniently grouped according to
involve Problems in systematic Variation of the initial stress,
whether they invoive
which usually achieves maximum values in the region of the
yield stress. Moreover, elastic spring-back, in introducing
a) a constant total strain (see 5.2);
residual Stresses by bulging plate or partially flattening tube,
may Cause Problems and where welding is involved the struc-
b) a constant load (see 5.3); tural modifications may raise difficulties, unless the test is
simulative of a practical Situation.
c) an applied slow strain rate (see 5.4).
5.2.7 Constant total strain specimens are sometimes loaded
In the case of pre-cracked specimens, threshold conditions are
by being placed initially into conventional testing machines or
defined in terms of a stress intensity value Klscc and tests may
similar devices and then, whilst being maintained in their strain-
also be conducted under constant strain intensity conditions.
ed condition, having a restraining frame attached. When the
load applied by the testing machine is removed, the specimen
Knowledge of the limitations of the various methods is at least
remains stressed by virtue of the restraint imposed by the
as important as the choice of method of stressing.
frame, the assumption being made that the strain in the
specimen remains constant as the restraint is transferred from
the testing machine to the frame. This implies a similar stiffness
5.2 Constant total strain tests
in the testing machine and frame, which is likely to be so only if
the frame is relatively massive compared with the specimens.
5.2.1 These form by far the most popular type of test as a
group, since bend tests in a variety of forms come into this
5.2.8 The stiffness of the stressing frame employed, may also
category. Furthermore, they simulate the fabrication Stresses
influence the time to failure of a specimen, quite apart from any
that are frequently associated with Service failures.
effect that it may have upon the initial stress level. Thus, in
most constant total strain tests and especially those upon duc-
5.2.2 Material in sheet form is frequently tested by bending;
tile materials, the initial elastic strain in the specimen is con-
plate material is tested under tension or as C-rings, with the lat-
verted in part to plastic strain as the Crack propagates.
ter also used for testing tubular products and other semi-
finished products of round Cross-section.
5.2.9 Once load relaxation has been initiated, the extent to
which it proceeds tan vary from specimen to specimen and this
5.2.3 Bend tests have the attraction of employing simple, and
may influence time to failure according to the number of Cracks
therefore frequently cheap, specimens and restraining jigs. The
or pits that develop. Marked load relaxation tan be observed on
Problems with such test methods are usually related to poor
a specimen with many Cracks or pits whereas little load relaxa-
reproducibility of the stress level, if indeed any quantitative
tion is observed when only a few Cracks are present. If only one
measure of this is available. Attemps to improve upon this
Crack develops, it will not need to grow to large dimensions
Situation have led to more sophisticated types of bend test, e.g.
before sudden, final failure occurs because the applied load re-
involving four-instead of three-Point loading, but the limitations
mains high, whereas the marked load relaxation associated
of simple bending theory, usually used to calculate the stress
with the presence of many stress corrosion Cracks means that
level, tan lead to errors in anticipated stress especially when
they must propagate much further before one of them
strains beyond the elastic limit are required. The use of strain
becomes large enough to create the stress conditions, at a
gauges for measuring surface Stresses may be useful in some
relatively small load, for sudden failure.
circumstances. The fabrication of Strip specimens to produce
“U” bends introduces significant amounts of plastic deforma-
tion which may influence cracking response.
5.2.10 The extent to which the number of Cracks present
influences the test results naturally depends upon the stress
corrosion System being studied, i.e. upon such properties as
5.2.4 Tubular material may be tested in the form of C-rings or
the fracture toughness of the material and even upon the ag-
O-rings, the former being stressed by partial opening or closing
gressiveness of the environment employed. The result also
of the gap and the latter by forced insertion of a plug that is
depends upon the stiffness of the restraining jig employed.
appropriately oversized for the bore. The C-ring has also been
Thus the stiffer the frame the less the elastic strain that is likely
found to be particularly useful for testing thick product forms,
to remain in the specimen after the propagation of a Luders
e.g. aluminium alloys in the short transverse direction.
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ISO7539-1:1987 (EI
band. Therefore the time to failure for a given initial stress 5.3.6 Constant load tests involve an increasing stress situ-
ation as Cracks propagate, therefore Cracks once initiated are
varies according to whether the System is hard or soft; in some
cases Cracks may cease propagating so that failure is not less likely to stop propagating than in the case of constant total
achieved. strain tests at Stresses below the threshold stress. Thus, the
threshold stress value is likely to be lower in a particular System
when determined under constant load conditions than under
5.3 Constant load tests
constant deflection conditions.
These may simulate more closely stress corrosion failure
5.3.1
54 . Slow strain rate tests
from applied or working Stresses. Since the effective cross-
section of the test piece is reduced by Crack propagation, con-
5.4.1 The application of slow dynamic straining, which was
stant load tests involve an increasing stress Situation. Conse-
initially regarded as a rapid sorting test, is beginning to emerge
quently, such tests are more likely to lead to early failure or total
as one that has much more relevante to practice.
failure than are constant total strain tests.
In essence the method involves the application of a relatively
5.3.2 The relatively massive machinery usually required for
slow strain or deflection rate (e.g. IO-6 s-1) to a specimen,
dead-weight loading tests upon specimens of appreciable
under the appropriate environmental influence, until failure
Cross-section is sometimes circumvented by the use of a com-
occurs.
Pression spring. The spring characteristics are Chosen to ensure
that the relaxation that occurs during testing does not
5.4.2 Stress corrosion Crack velocities usually fall in the range
significantly Change the load. In the same category are
of 10-3 to lO--6mms--1, which implies that failures in
modified proving rings used in the calibration of tensile testing
laboratory tests under constant total strain or constant load
machines. The axial load applied to a tensile specimen contain-
conditions for specimens of usual dimensions occur in a few
ed within the ring tan be determined from measurement of the
days. This is found to be so ff the System is one in which stress
Change in diameter of the calibrated ring.
corrosion Cracks are readily initiated, but it is also common
experience to find that test pieces do not fail in very extended
periods of testing, which are then terminated at some arbitrary
5.3.3 An alternative approach for minimizing the size of the
selected time. The consequences are that considerable scatter
loading System is to reduce the Cross-section of the specimen,
may be associated with replicate tests and the arbitrary ter-
e.g. by the use of very fine wire. However, it is dangerous to
mination of the test leaves an element of doubt concerning
reduce the Cross-section too far unless failure by stress corro-
what the outcome would have been if it had been allowed to
sion is confirmed by, say, metallography. This is because, in
continue for a longer time. Just as the use of pre-cracked
some stress corrosion environments, failure may result from
specimens assists in stress corrosion Crack initiation, so
pitting or other forms of attack with an attendant increase in
apparently may the application of slow dynamic strain, which
the effective stress to the ultimate tensile strength of the metal.
has the further advantage that the test is not terminated after
Other dangers are attendant on the use of very small section
some arbitrary time, since the conclusion is always achieved by
specimens (sec 7.2.2).
the specimen fracturing and the criterion of cracking is then
related to the mode of failure. Thus, in the form in which it is
5.3.4 The tost of testing specimens under constant load on
normally employed, the slow strain rate method frequently
individual testing machines tan be minimized by testing chains
results in failure within about 2 days, either by ductile fracture
of specimens on a Single machine. This practice also reduces
or by stress corrosion cracking, according to the susceptibility
the test chamber requirements. Chains of uniaxial tensile
towards the latter. The fact that the test concludes in this
specimens tan be connected with simple loading links, but this
positive manner in a relatively short period of time constitutes
approach is better suited to situations where failures are not
one of its main attractions.
anticipated since the failure of a Single specimen would in-
validate the remainder. Chains of more compliant pre-cracked
5.4.3 Early use of the test was in providing data whereby the
specimens tan be connected with loading links, which are
effects of such variables as alloy composition and structure, or
designed to progressively Unload specimens as Crack growth
inhibitive additions to cracking environments, could be
occurs in Order to avoid disturbance to the other specimens
compared and also for promoting stress corrosion cracking in
which would othervvise be inevitable in the event of a failure.
combinations of alloy and environment that could not be
Users must invalidate test procedures employing chains of
caused to fail in the laboratory under conditions of constant
specimens to ensure freedom from errors before proceeding
load or constant total strain. Thus, it constitutes a relatively
with their adoption.
severe type of test in the sense that it frequently promotes
stress corrosion failure in the laboratory where other modes of
5.3.5 The use of a tension specimen having a tapered gauge
stressing plain specimens do not promote cracking and in this
length, which is finding increasing popularity, has the obvious
respect it is in a similar category to tests on pre-cracked
attraction of providing a range of initial Stresses in a Single
specimens. In recent years an understanding of the implica-
specimen. However, caution should be exercised with their use
tions of dynamic strain testing has developed and it now
in, for example, determination of accurate threshold stress
appears that this type of test may have more relevante and
levels. The results may be influenced by such factors as number
significance than just that of an effective, rapid, sorting test. lt
of Cracks present, net section yielding, etc. lt may be more ap-
may be argued that laboratory tests involving the pulling of
propriate to use such specimens in “sorting” tests to be
specimens to failure at a slow strain rate show little relation to
followed by more limited conventional testing.
the reality of Service failures. In fact, in both constant total
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ISO 75394 : 1987 (EI
Such effects are likely to be especially relevant in the case of
strain and constant load tests Crack propagation also occurs
stress corrosion which, as previously mentioned, occurs under
under conditions of slow dynamic strain to a greater or lesser
rather specific conditions often involving a balance between
degree depending upon the initial value of stress, the time at
active corrosion and passive behaviour.
which a Crack is initiated and various metallurgical Parameters
that govern creep in the specimen. Moreover, there is an in-
In view of the foregoing it is clear that the test temperature
creasing amount of evidente in some Systems which suggests
that the function of stress in stress corrosion is to promote a should be closely controlled and whenever possible this should
be selected to correspond to that expected in Service.
strain rate which, rather than the stress as such, is the import-
Although, as indicated in 4.3, increased temperature is
ant mechanical Parameter in Crack initiation or propagation. In
sometimes used to accelerate test results, clearly such an ap-
these cases the minimum creep rate for cracking is as much an
proach must be undertaken with caution.
engineering design Parameter as is the threshold stress or
stress intensity factor obtained from constant load tests on
plain or pre-cracked specimens.
6.3 Solution composition
5.4.4 The equipment required for slow strain testing is simply 6.3.1 Although it is inevitable that the environment remains
as one of the very important variables in stress corrosion
a device which permits a selection of strain rates whilst being
testing, some solutions have become particularly widely used
powetful enough to cope with the loads generated. Purpose-
built apparatus usually consists of a moderately stiff frame and for certain types of alloy. Boiling magnesium chloride solutions
for stainless steels and boiling nitrate solutions for carbon steels
a drive mechanism through a series of reduction gears that
allows a selection of crosshead Speeds in the range 10-3 to are two examples. Such solutions have been criticized for
several reasons, the main one being that they do not generally
IO-7 mm-s-1.
reproduce plant conditions. This may be of considerable im-
portance in that the relative cracking susceptibilities of a range
Plain or pre-cracked specimens in tension may be used, but if
of alloys are not necessarily the same in different environments.
the Cross-section of these would need to be large or the loads
high, bend specimens may be used.
6.3.2 Nevertheless, tests in these commonly used solutions
tan serve a useful purpose, provided that their limitations are
5.4.5 lt is important to appreciate that the same strain rate
borne in mind and that adequate care is taken in preparing and
does not produce the same cracking response in all Systems
using the solutions. Whilst the relatively small differentes that
and that the rate has to be Chosen in relation to the particular
may be expected to occur between laboratories preparing a
System being studied.
Solution to the same specification would frequently not
influence stress corrosion test results, there are situations
where relatively small changes in environment tan promote
6 Environmental aspects
marked changes in cracking response. The possible Problems
associated with the use of nominally 42 % boiling MgCI, for
testing stainless steels may serve as an example. Since the
6.1 General
hydrate of MgCI, is hygroscopic, Solution preparation by
weighing may lead to appreciable differentes in boiling Point
Stress corrosion cracking is still considered to occur in rather
and hence in time to failure in a stress corrosion test; it is
specific alloy/environment combinations, e.g. austenitic
therefore preferable to prepare the Solution by adding water to
stainless steels in chloride solutions and mild steels in nitrate
the hydrate to achieve a particular boiling Point.
solutions. However, the list of such combinations continues to
grow with time and even instances of the cracking of materials
6.3.3 The effects of varying the pH of the environment in rela-
in high purity water have been observed. Moreover, it should
tion to general corrosion are well recognized and, where
be noted that substances in the gaseous Phase may also
appropriate studies have been made, the effects upon stress
influence stress corrosion mechanisms and gaseous en-
corrosion are no less marked. Changes in the pH of an environ-
vironments are sometimes used for testing. In such cases
ment during a test may be as important as the initial pH. The
pressure is likely to be an important Parameter.
pH Change during a test depends upon the volume of Solution
and the surface area of the specimen exposed, as well as upon
6.2 Temperature
the duration of the test. Use of a relatively large volume of solu-
tion with a small exposed area of metal, or replenishment of
The significant influence of temperature upon Chemical pro-
Solution during the test, is likely to be associated with smaller
cesses is well known, with reaction rates generally increasing in pH changes and hence possibly different times to failure than
response to a rise in temperature. Whilst this may also be the
would be the case with a small Solution voiume and large
case in many corrosion processes, the influence of temperature exposed area; indeed, if these quantities are sufficiently small
is, for a number of reasons, frequently more co
...
ISO
NORME INTERNATIONALE
7539-l
Première édition
1987-08-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOAHAFI OPVAHM3A~MR IlO CTAH~APTM3A~MM
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 1 3
Guide général des méthodes d’essai
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion testing -
Part 7: General guidance on testing procedures
Numéro de référence
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
LIS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéresse par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requiérent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7539-l a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
a
0 Organisation internationale de normalisation, 1987
Imprimé en Suisse
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ISO 7539-l : 1987 (F)
NORME INTERNATIONALE
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 1 :
Guide général des méthodes d’essai
2.2 contrainte limite (pour la corrosion sous contrainte) :
0 Introduction
Contrainte au-delà de laquelle s’amorçent et se développent
des fissures de corrosion dans les conditions spécifiées de
La présente partie de I’ISO 7539 donne des directives générales
l’essai.
quant au choix de l’utilisation et à l’interprétation de diverses
méthodes d’essai significatives mises au point pour évaluer la
résistance à la corrosion sous contrainte des métaux et alliages.
2.3 facteur d’intensité de contrainte limite (KIscc) (pour la
Ces méthodes d’essai sont décrites dans une série de parties
corrosion sous contrainte) : Facteur d’intensité de contrainte
complémentaires intitulées :
au-delà duquel se développe une corrosion fissurante dans des
conditions de forte triaxialité limitant l’écoulement plastique,
Préparation et utilisation d’éprouvettes pour
Partie 2 :
c’est-à-dire dans des conditions de déformation plane prédomi-
essais en flexion.
nante.
Partie 3 : Préparation et utilisation d’éprouvettes cintrées
2.4 environnement d’essai : Environnement rencontré en
en U.
service ou recréé en laboratoire auquel est exposée l’éprouvette
Partie 4 : Préparation et utilisation d’éprouvettes pour
et qui est maintenu constant ou modifié d’une manière conve-
essais en traction uniaxiale.
nue. Dans le cas de la corrosion sous contrainte, I’environne-
ment est souvent tres spécifique (voir chapitre 6).
Partie 5 : Préparation et utilisation d’éprouvettes en forme
d’anneau en C.
2.5 début de l’essai : Moment d’application de la contrainte
Partie 6 : Préparation et utilisation d’éprouvettes préfr’ssu-
ou d’exposition de l’éprouvette à l’environnement d’essai; on
rées.
retiendra le phénomène qui se produit le plus tard.
Partie 7 : Essais à faible vitesse de dhformation.
2.6 durée d’amorçage de la fissuration : Période séparant
le début d’un essai de la détection d’une fissure par les moyens
employés.
1 Objet et domaine d’application
2.7
durée avant défaillance : Periode s’écoulant entre le
La présente partie de I’ISO 7539 expose les considérations
début d’un essai et l’apparition d’une défaillance, le critère de
générales qui s’appliquent a la mise au point et à la réalisation
défaillance étant la Premiere fissure apparue, la rupture totale
des essais servant à évaluer la sensibilité à la corrosion sous
de l’éprouvette, ou n’importe quel état intermédiaire convenu,
contrainte.
NOTE - Aucune méthode particulière n’est traitée en détail dans ce 2.8 essai à faible vitesse de déformation : Essai fondé sur
document. Voir pour cela les parties appropriées de I’ISO 7539.
une déformation (par allongement ou flexion) de l’éprouvette
débutant à une vitesse comprise entre 10-S et 10-J s -1 et
qui s’accroît en continu ou par paliers, mais pas de maniére
cyclique.
2 Définitions
29 vitesse moyenne de fissuration : Quotient de la lon-
2.1 corrosion sous contrainte : Dégradation synergique
gueur maximale des fissures dues à la corrosion sous contrainte
d’un métal causée par l’action simultanée d’un milieu corrosif et
par la durée de l’essai.
d’une sollicitation mécanique, qui se traduit généralement par
la formation de fissures. Ce problème entraîne fréquemment
une réduction significative de la capacité de charge des structu-
2.10 orientation :
Direction de la contrainte de traction
res métalliques.
appliquée à une éprouvette par rapport à une direction spécifiée
du produit dans lequel l’éprouvette a été prélevée (par exem-
NOTE - Voir corrosion fissurante sous con train te (3.1) .
ple : sens de laminage de la tôle).
1
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ISO 7539-l : 1987 (FI
3 Contexte 3.5 Les chapitres qui suivent attirent l’attention sur le fait que
le processus de corrosion sous contrainte peut être extrême-
ment sensible aux petites modifications d’exposition ou de con-
3.1 La définition de la corrosion sous contrainte (2.1) fait
ditions d’essai. L’utilisateur des matériaux est responsable du
apparaître que la corrosion fissurante sous contrainte est un cas
choix des conditions de réalisation des essais de corrosion sous
particulier de corrosion sous contrainte et que, dans certains
contrainte, et le fait que certains essais soient décrits dans la
cas, le phénomène ne se traduit pas par la création de chemins
présente Norme internationale n’implique pas qu’ils soient les
de fissuration. Bien que le résultat habituel soit, dans tous les
plus appropriés pour une situation quelconque. Ils sont décrits
il faut également tenir compte, en effet,
cas, la rupture,
dans une Norme internationale, car ils sont d’usage courant et
d’autres manifestations du type corrosion intergranulaire ou de
se sont avérés valables dans un contexte particulier ou courant
fissuration exaltée par la contrainte.
de matériel et d’environnement. La responsabilité de I’interpré-
tation des résultats d’essai demeure néanmoins à l’utilisateur
Tout en reconnaissant que des différences existent dans le
des matériaux et n’est diminuée en rien par l’existence de la pré-
cadre du présent document qui traite des méthodes d’essai, les
sente Norme internationale.
termes corrosion sous contrainte et corrosion fissurante sous
contrainte sont pris comme synonymes, comme ils le sont
généralement dans les publications sur la corrosion. 3.6 Outre les parties spécifiques aux méthodes les plus large-
ment utilisées, on a considéré qu’il était nécessaire d’établir un
document plus général traitant du choix des conditions détail-
Dans la présente Norme internationale est inclus tout ce qui
lées des essais, et de l’interprétation de leurs résultats. Ce
touche aux phénomènes de dissolution du métal ou à l’action
document s’inspire d’une étude antérieure remise à jour en
de l’hydrogène introduit dans le métal sous l’action conjuguée
fonction des besoins.
d’un environnement corrosif et d’un effort de traction à I’exclu-
sion toutefois de la fragilisation par un métal liquide et de la cor-
rosion par exfoliation.
4 Choix de la méthode d’essai
II convient de faire une distinction entre la dissolution locali-
NOTE -
sée, due à des phénoménes imputables à la dégradation, et les phéno-
4.1 Avant de se lancer dans un programme d’essai de corro-
ménes dus à l’action de l’hydrogène. Ces deux types de phénomènes
sion sous contrainte, il faut décider du type d’essai qui con-
peuvent se superposer mais ne peuvent être confondus avec le phéno-
vient. Cette décision dépend en grande partie du but de l’essai
méne imputable à des effets de chargement d’hydrogène délibérément
et de l’information requise. Certains essais cherchent à repro-
provoqués.
duire d’aussi près que possible les conditions de service et sont
utiles aux ingénieurs d’usines; d’autres peuvent servir à étudier
3.2 II existe une multitude de méthodes pour évaluer les pro-
une rupture d’un point de vue des mécanismes. Dans le premier
priétés de corrosion sous contrainte des métaux; chacune pré-
cas, le manque de matériaux, de place, de temps, etc., peut
sente ses avantages particuliers dans certaines situations.
conduire à faire appel à des procédures relativement simples
alors que, dans d’autres cas, il peut s’avérer primordial d’adop-
ter des techniques d’essai plus complexes. Ainsi, l’étude des
3.3 II est important de bien noter que, dans le contexte de la
vitesses de propagation des fissures peut-elle demander
résistance ou de sensibilité à la corrosion sous contrainte, le
l’emploi d’éprouvettes préfissurées, alors que celles-ci sont
mot ((essai)) a une signification spéciale. Qu’une corrosion sous
totalement inadaptées lorsqu’il s’agit d’étudier l’influence de
contrainte se produise ou ne se produise pas dans un cas donné
l’état de surface. Malgré le nombre de techniques compliquées
dépend autant des conditions d’exposition que des propriétés
disponibles, un essai simple peut s’avérer d’une grande valeur
du matériau. Le terme ((sensibilité» à la corrosion sous con-
dans certaines circonstances où des techniques plus élaborées
trainte ne décrit pas non plus une propriété ou une qualité du
sont inutilisables.
matériau mesurable sur une échelle universelle car les mérites
d’une série donnée d’alliages peuvent être fonction des condi-
tions d’exposition.
4.2 Si l’on adopte une méthode d’essai du type «tout ou
rien», il est important de veiller à ce qu’elle ne soit ni trop rigou-
reuse pour ne pas condamner un matériau qui pourrait convenir
3.4 L’idéal, afin de circonscrire le risque de corrosion sous
à d’autres conditions de service, ni trop souple pour autoriser
contrainte d’une application donnée, serait de réaliser des
l’utilisation d’un matériau dans des conditions où une rupture
simulations dans toutes les conditions possibles d’exposition en
s’ensuivrait rapidement.
service. Dans la pratique, cela s’avére difficile, voire impossible
et en tous cas rarement réalisé. Mais l’expérience a permis de
mettre au point un certain nombre d’ ((essais types)) qui don-
L’objet des essais de corrosion sous contrainte est géné-
4.3
nent une indication satisfaisante du comportement probable en
ralement de fournir des renseignements plus rapidement que ne
service d’une application donnée. Ces ((essais types)) de labora-
les donne l’expérience en service et, en même temps, qui lais-
toire ne conviennent toutefois qu’aux conditions de service
sent prévoir le comportement en service. Parmi les procédés les
auxquelles l’expérience a trouvé une explication, même empiri-
plus couramment employés, on peut citer la soumission à des
que. Le fait qu’un alliage donné passe ou ne passe pas un essai
contraintes plus élevées, la traction lente continue, l’emploi
jugé préalablement utile pour un autre alliage peut être signifi-
d’éprouvettes préf issurées, des concentrations plus fortes
catif comme il peut ne pas l’être, et un essai évaluant correcte-
d’espèces dans l’environnement d’essai que dans I’environne-
ment l’aptitude à l’emploi de certains alliages dans des condi-
ment en service, l’augmentation de la température et la stimula-
tions déterminées ne sera pas forcément concluant si les condi-
tion électrochimique. II est important toutefois de bien maîtriser
tions d’exposition changent. Utiliser un essai type au-delà des
ces méthodes pour ne pas modifier le détail du mécanisme de la
limites expérimentées demande à être vérifié.
rupture.
2
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ISO 7539-l : 1987 (FI
52.4 Les matériaux tubulaires peuvent être testés sous la
4.4 S’il est trop difficile de reproduire exactement les condi-
forme d’anneaux en C ou en 0, les premiers étant sollicités par
tions de service, il peut être utile d’analyser le processus de cor-
écartement ou resserrement partiels des bords de l’anneau; les
rosion sous contrainte de façon à déterminer aussi précisément
seconds par introduction forcée dans l’anneau d’une goupille
que possible les principaux facteurs intervenant aux différents
d’un diamètre un peu supérieur à celui du trou. Les anneaux en
stades. L’essai de corrosion sous contrainte finalement retenu
C s’averent également particuliérement utiles pour l’essai des
peut alors ne couvrir qu’un seul stade du mécanisme de corro-
produits épais dans le sens travers court.
sion.
5.2.5 Des essais de traction à déformation totale constante
5 Système de mise en contrainte
sont quelquefois préférés aux essais de flexion, ce qui simplifie
à la fois l’application et le calcul de la contrainte. Cependant,
ces essais demandent des bâtis de fixation beaucoup plus mas-
5.1 Généralités
sifs que ceux qu’exigent des éprouvettes de flexion de section
similaire.
Une classification pratique est faite des méthodes de mise en
charge des éprouvettes non entaillées, entaillées ou pré-
fissurées, selon qu’elles impliquent
5.2.6 On peut éviter les bâtis de fixation en recourant à
l’emploi d’éprouvettes dont les contraintes résiduelles internes
une déformation totale constante (voir 5.2);
a)
résultent de déformations non homogénes. Ces déformations
peuvent être provoquées par une flexion plastique, par exem-
une charge constante (voir 5.3);
b)
ple : bombement du feuillard ou de la tôle ou encore soudage,
mais de tels essais posent des problèmes de variation systéma-
une faible vitesse de déformation (voir 5.4).
cl
tique de la contrainte initiale qui atteint généralement son maxi-
mum au voisinage de la limite d’élasticité. De plus, à moins que
Dans le cas des éprouvettes préfissurées, les conditions limites
l’essai ne simule un cas d’application pratique, l’effet de retour
sont définies en fonction de la valeur du facteur d’intensité de
élastique consécutif au bombement des tôles ou à I’aplatisse-
contrainte KIscc et des essais peuvent aussi être réalisés dans
ment des tubes peut poser des problémes du fait des contrain-
des conditions où le. facteur d’intensité de contrainte est cons-
tes résiduelles qu’il introduit, de même que le soudage, par les
tant.
modifications de structure qu’il entraîne.
La connaissance des limites de chaque méthode est au moins
5.2.7 Les éprouvettes pour essai à déformation totale cons-
aussi importante que le choix de la méthode de mise en con-
tante peuvent quelquefois être préalablement mises en charge
trainte.
dans une machine d’essai classique ou un dispositif similaire
puis, tout en restant maintenues dans l’état de déformation,
. Essais à déformation totale constante
52 être fixées au bâti d’essai. Lorsque la charge cesse d’être appli-
quée par la machine d’essai, l’éprouvette demeure tendue sous
52.1 Ces essais forment de loin le groupe le plus courant car l’effort que lui impose le bâti et l’on peut supposer que la défor-
ils incluent les essais de flexion sous toute une variété de for- mation demeure constante du fait que le bâti se substitue à la
mes. Ils simulent également bien les contraintes de mise en machine d’essai. Cette méthode implique que la machine
œuvre qui sont très fréquemment associées aux ruptures en
d’essai et le bâti aient une rigidité similaire, ce qui ne peut être
service. possible que si le bâti est relativement massif par rapport aux
éprouvettes.
5.2.2 Les matériaux en feuilles sont fréquemment testés en
flexion. Les tales sont testées en traction ou sous forme 5.2.8 La rigidité du bâti utilisé pour la mise en contrainte peut
d’anneaux en C, ce dernier procédé servant également à tester
jouer sur la durée de vie avant rupture d’une éprouvette et cela
les produits tubulaires. quelle que puisse être son influence sur le niveau de contrainte
initial. Aussi, dans la plupart des essais à déformation totale
constante et notamment ceux des matériaux ductiles, la défor-
5.2.3 Les essais de flexion ont l’avantage de n’exiger que des
mation élastique initiale de l’éprouvette se transforme-t-elle par-
éprouvettes et des appareillages simples et donc fréquemment
tiellement en déformation plastique au fur et à mesure que la
peu coûteux. Le problème que posent ces méthodes d’essai
fissure se propage.
tient cependant à la mauvaise reproductibilité du niveau de con-
trainte, quand bien même on arrive à disposer d’une mesure
quantitative de celui-ci. Les efforts pour améliorer cette situa-
5.2.9 Une fois commencée, la relaxation de la contrainte se
tion ont conduit à imaginer des types d’essais de flexion plus
poursuit différemment d’une éprouvette à l’autre, ce qui peut
perfectionnés, avec par exemple quatre points de charge au lieu
jouer sur la durée de vie avant rupture qui est fonction du
de trois, mais les limites de la théorie de la flexion simple, qui
nombre de fissures ou de piqûres qui se développent. Une
sert généralement à calculer le niveau de contrainte, peuvent
relaxation marquée peut s’observer sur une éprouvette présen-
conduire à des erreurs d’estimation de la contrainte probable,
tant de nombreuses fissures et une relaxation plus faible sur
notamment lorsque la contrainte dépasse la limite élastique.
une éprouvette peu fissurée. Si une seule fissure se développe,
L’emploi des jauges de contrainte est parfois utile pour mesurer
elle n’a pas besoin d’atteindre de grandes dimensions pour
les sollicitations en surface. La réalisation d’éprouvettes minces
qu’intervienne la rupture brusque finale car la charge appliquée ,
pour flexion en U entraîne une déformation plastique significa-
demeure élevée alors que la relaxation nette de la charge asso-
tive qui peut influer sur la fissuration.
ciée à la présence de nombreuses fissures de corrosion sous
3
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ISO 7539-l: 1987 (F)
contrainte signifie que ces fissures doivent se propager beau- serait impossible si la rupture se produisait. Avant de les adop-
ter, les utilisateurs doivent vérifier la validité des modes opera-
coup plus loin avant que l’une d’elles ne devienne assez grande
pour créer, sous une charge assez faible, des conditions de toires à base de chaînes d’éprouvettes pour voir s’ils n’engen-
contrainte telles qu’une rupture soudaine intervienne. drent pas d’erreurs.
5.3.5 L’emploi de l’éprouvette de traction de section longitu-
5.2.10 L’effet du nombre de fissures sur les résultats d’essai
dinale conique, qui connaît actuellement une popularité crois-
dépend naturellement du système de corrosion sous contrainte
sante, présente l’avantage évident de donner dans une même
étudié, c’est-à-dire des propriétés telles que la ténacité à la rup-
éprouvette tout un éventail de contraintes initiales. Cet emploi
ture du matériau et même l’agressivité du milieu utilisé. Le
doit s’entourer cependant de toutes les précautions concernant
résultat dépend aussi de la rigidité du dispositif de fixation. Plus
notamment la détermination des niveaux précis de contrainte
le bâti est rigide et moins il y a de chances qu’il subsiste une
limite. Les résultats peuvent en effet varier en fonction de fac-
déformation élastique dans l’éprouvette après propagation
teurs tels que le nombre de fissures, la déformation plastique
d’une bande de Lüders. La durée avant rupture d’un matériau
localisée dans la partie non fissurée, etc. II peut s’avérer plus
pour une contrainte initiale donnée varie donc en fonction de la ’
approprié de réserver ces éprouvettes à des essais de ((sélec-
raideur ou de la souplesse du système. Dans certains cas, les
tien» qui seront suivis d’essais classiques plus limités.
fissures peuvent cesser de se propager avant rupture totale.
5.3.6 Les essais sous charge constante engendrent une situa-
5.3 Essais sous charge constante
tion de contrainte croissante au fur et à mesure que les fissures
se propagent, de sorte que dès l’amorce de fissure, il y a moins
de chances que la propagation s’arrête, sous une contrainte
5.3.1 Ces essais permettent de simuler plus étroitement les
inférieure à la contrainte limite, que dans les essais à déforma-
défaillances par corrosion sous contrainte résultant de contrain-
tion totale constante. La valeur de la contrainte limite a donc
tes appliquées ou de contraintes de travail. La section transver-
des chances d’être inférieure; pour un système donné, si on l’a
sale de l’éprouvette étant réduite par la propagation des fissu-
déterminée dans des conditions de charge constante plutôt que
res, un essai sous charge constante implique une situation de
dans des conditions de déformation constante.
contrainte croissante. Ces essais amèneront donc plus vraisem-
blablement à la défaillance prématurée ou à la rupture complète
que les essais à déformation totale constante.
5.4 Essais à faible vitesse de déformation
5.4.1 La mise en charge dynamique lente, qui était à l’origine
5.3.2 On peut quelquefois éviter le mécanisme relativement
considérée comme un essai de sélection rapide est en train de
lourd de chargement par poids des éprouvettes de grande sec-
s’imposer comme une technique des mieux adaptée à la pra-
tion par l’emploi d’un ressort en compression. Les caractéristi-
tique.
ques du ressort sont choisies de telle sorte que la relaxation se
produise quand l’essai ne change plus la charge de manière
En l’essence, la méthode consiste à appliquer, à ùne éprouvette
significative.
placée dans des conditions environnantes appropriées, une
déformation ou un effort à vitesse lente (par exemple:
5.3.3 Pour réduire les dimensions du systéme de charge, on 10-S s -1) jusqu’à ce que la rupture se produise.
peut également réduire la section transversale de l’éprouvette
en utilisant par exemple un fil très fin. II est cependant dange-
5.4.2 Les vitesses de fissuration par corrosion sous contrainte
reux de trop réduire la section à moins que la défaillance par
sont généralement de l’ordre de 10 -3 à 10-S mms - 1. Que ce
corrosion sous contrainte ne puisse être confirmée par une
soit à déformation totale constante ou à charge constante, en
autre méthode, par exemple la métallographie. En effet, dans
laboratoire, les éprouvettes de dimensions courantes se fissu-
certains environnements de corrosion sous contrainte, la défail-
rent donc en quelques jours. C’est le cas dans les systémes où
lance peut intervenir sous l’effet de piqûres ou autres formes
les fissures de corrosion sous contrainte s’amorcent rapide-
d’attaques ayant pour effet d’augmenter la contrainte utile
ment, mais il existe également des cas fréquents où I’éprou-
jusqu’à la résistance ultime à la traction du métal. D’autres dan-
vette ne se rompt pas avant un temps très long et où il faut con-
gers sont également présentés par l’utilisation d’éprouvettes
clure l’essai à un moment choisi arbitrairement. Une dispersion
trop minces (voir 7.2.2).
considérable peut en résulter pour des essais répétés et le point
final arbitraire de l’essai laisse subsister un élément de doute sur
5.3.4 Le coût des essais d’éprouvettes à charge constante sur ce qui serait arrivé si l’on avait laissé l’essai se poursuivre plus
différentes machines d’essai peut être réduit si l’on essaye les
longtemps. De même que l‘utilisation d’éprouvettes pré-
éprouvettes en chaîne sur une même machine. Cette pratique fissurées, le chargement dynamique aide à amorcer la fissura-
est moins exigeante également du point de vue des caractéristi- tion, et présente, par ailleurs, l’avantage de ne pas obliger à ter-
ques de l’enceinte d’essai. On peut relier des chaînes d’éprou-
miner l’essai arbitrairement, l’éprouvette finissant toujours par
vettes de traction uniaxiale par des maillons de charge simple
se rompre et le critere de fissuration étant ainsi fonction du
mais cette technique convient mieux aux situations où la
mode de rupture. Sous la forme où elle est normalement
rupture n’est pas prévue car la rupture d’une seule éprouvette employée, la méthode de traction lente améne fréquemment
entraîne la disqualification de toutes les autres. On peut aussi
une rupture dans les 2 jours, soit par rupture ductile, soit par
relier des chaînes d’éprouvettes préfissurées plus souples par corrosion fissurante sous contrainte selon la susceptibilité à
des maillons de charge concus pour décharger progressive-
cette dernière. Le fait que l’essai se conclue positivement dans
ment les éprouvettes, au fur et à mesure que la fissure se pro- un intervalle de temps relativement court constitue l’un de ses
page. On évite ainsi de toucher aux autres éprouvettes, ce qui
principaux intérêts.
4
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ISO 7539-l : 1987 (FI
d’alliages et de milieux environnants, du type aciers inoxyda-
5.4.3 L’essai a été initialement employé pour recueillir des
données, d’une part sur les effets comparés de variables telles bles austénitiques dans des solutions de chlorures ou aciers
doux dans des solutions de nitrates. Cependant, la liste de ces
que la composition et la structure des alliages ou l’effet des
combinaisons continue de s’allonger avec le temps et il est
inhibiteurs sur les milieux fissurants, et, d’autre part, sur les
même des exemples où l’on a observé une fissuration de maté-
moyens de favoriser la corrosion fissurante sous contrainte
riaux dans de l’eau de haute pureté. A noter en outre que les
dans des combinaisons d’alliages et d’environnement n’ame-
nant pas à rupture en laboratoire dans des conditions de charge substances en phase gazeuse peuvent également favoriser les
mécanismes de corrosion sous contrainte et que les milieux
constante ou de sollicitation constante. II constitue donc un
essai relativement sévere au sens que, contrairement aux autres gazeux sont parfois utilisés pour les essais. Dans ce cas, la
pression sera vraisemblablement un paramètre important.
modes de mise sous contrainte des éprouvettes non entaillées,
il favorise fréquemment la rupture par corrosion sous contrainte
en laboratoire et se range à cet égard dans la même catégorie
6.2 Température
que les essais sur éprouvettes préfissurées. Les dernières
années ont vu se développer une meilleure compréhension des
L’influence significative de la température sur les processus chi-
conséquences de l’essai de chargement dynamique et il semble
miques est un phénomène bien connu, de même le fait que plus
maintenant que ce type d’essai puisse avoir davantage de perti-
la température augmente plus la réaction intervient rapidement.
nence et de signification que celles d’un simple essai de sélec-
Bien que ce soit le cas également pour beaucoup de processus
tion efficace et rapide. On pourrait alléguer que les essais en
de corrosion, la température a fréquemment une influence plus
laboratoire soumettant les éprouvettes à une traction lente
complexe pour un certain nombre de raisons. Ainsi, une aug-
jusqu’à la rupture ont peu de rapport avec la réalité des ruptures
mentation de température, associée à l’accroissement corres-
en service. En fait, pour les essais tant sous déformation cons-
pondant des vitesses de réaction, peut-elle entraîner une dimi-
tante que sous charge constante, la propagation des fissures
nution de la corrosion normale par suite, par exemple, de la
intervient également dans des conditions de déformation dyna-
formation plus rapide de films protecteurs. De la même
mique lente qui sont plus ou moins fonction de la valeur initiale
maniére, la diminution de la solubilité de l’oxygène dans les
de la contrainte, du moment où la fissure s’amorce et des divers
solutions aqueuses, qui peut accompagner une augmentation
paramétres métallurgiques qui conditionnent le fluage de
de la température, peut-elle aussi entraîner une moins grande
l’éprouvette. De plus en plus de faits suggèrent en outre, pour
vitesse de corrosion. D’autres exemples pourraient encore être
certains systèmes, que dans le phénomène de corrosion sous
cités.
contrainte, la contrainte a pour fonction d’accélérer la déforma-
tion qui, plus que la contrainte elle-même, est le paramètre
Ces effets sont particuliérement pertinents dans le cas de la
mécanique important dont découle l’amorce ou la propagation
corrosion sous contrainte qui, comme mentionné précédem-
de la fissuration. Dans ces conditions, la vitesse minimale de
ment, se produit dans des conditions très spécifiques impli-
fluage est autant un paramétre technique de calcul de la fissura-
quant souvent un équilibre entre corrosion active et comporte-
tion que la contrainte limite ou le facteur limite d’intensité de la
ment actif.
contrainte obtenus par les essais à charge constante sur éprou-
vettes non entaillées ou préfissurées.
Compte tenu de ce qui précède, il est donc évident qu’il faut
contrôler étroitement la température d’essai et, si possible, la
5.4.4 La machine d’essai à faible vitesse de déformat
...
ISO
NORME INTERNATIONALE
7539-l
Première édition
1987-08-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION
ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
MEXflYHAPOAHAFI OPVAHM3A~MR IlO CTAH~APTM3A~MM
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 1 3
Guide général des méthodes d’essai
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion testing -
Part 7: General guidance on testing procedures
Numéro de référence
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
LIS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéresse par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requiérent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7539-l a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
a
0 Organisation internationale de normalisation, 1987
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 7539-l : 1987 (F)
NORME INTERNATIONALE
Corrosion des métaux et alliages - Essais de
corrosion sous contrainte -
Partie 1 :
Guide général des méthodes d’essai
2.2 contrainte limite (pour la corrosion sous contrainte) :
0 Introduction
Contrainte au-delà de laquelle s’amorçent et se développent
des fissures de corrosion dans les conditions spécifiées de
La présente partie de I’ISO 7539 donne des directives générales
l’essai.
quant au choix de l’utilisation et à l’interprétation de diverses
méthodes d’essai significatives mises au point pour évaluer la
résistance à la corrosion sous contrainte des métaux et alliages.
2.3 facteur d’intensité de contrainte limite (KIscc) (pour la
Ces méthodes d’essai sont décrites dans une série de parties
corrosion sous contrainte) : Facteur d’intensité de contrainte
complémentaires intitulées :
au-delà duquel se développe une corrosion fissurante dans des
conditions de forte triaxialité limitant l’écoulement plastique,
Préparation et utilisation d’éprouvettes pour
Partie 2 :
c’est-à-dire dans des conditions de déformation plane prédomi-
essais en flexion.
nante.
Partie 3 : Préparation et utilisation d’éprouvettes cintrées
2.4 environnement d’essai : Environnement rencontré en
en U.
service ou recréé en laboratoire auquel est exposée l’éprouvette
Partie 4 : Préparation et utilisation d’éprouvettes pour
et qui est maintenu constant ou modifié d’une manière conve-
essais en traction uniaxiale.
nue. Dans le cas de la corrosion sous contrainte, I’environne-
ment est souvent tres spécifique (voir chapitre 6).
Partie 5 : Préparation et utilisation d’éprouvettes en forme
d’anneau en C.
2.5 début de l’essai : Moment d’application de la contrainte
Partie 6 : Préparation et utilisation d’éprouvettes préfr’ssu-
ou d’exposition de l’éprouvette à l’environnement d’essai; on
rées.
retiendra le phénomène qui se produit le plus tard.
Partie 7 : Essais à faible vitesse de dhformation.
2.6 durée d’amorçage de la fissuration : Période séparant
le début d’un essai de la détection d’une fissure par les moyens
employés.
1 Objet et domaine d’application
2.7
durée avant défaillance : Periode s’écoulant entre le
La présente partie de I’ISO 7539 expose les considérations
début d’un essai et l’apparition d’une défaillance, le critère de
générales qui s’appliquent a la mise au point et à la réalisation
défaillance étant la Premiere fissure apparue, la rupture totale
des essais servant à évaluer la sensibilité à la corrosion sous
de l’éprouvette, ou n’importe quel état intermédiaire convenu,
contrainte.
NOTE - Aucune méthode particulière n’est traitée en détail dans ce 2.8 essai à faible vitesse de déformation : Essai fondé sur
document. Voir pour cela les parties appropriées de I’ISO 7539.
une déformation (par allongement ou flexion) de l’éprouvette
débutant à une vitesse comprise entre 10-S et 10-J s -1 et
qui s’accroît en continu ou par paliers, mais pas de maniére
cyclique.
2 Définitions
29 vitesse moyenne de fissuration : Quotient de la lon-
2.1 corrosion sous contrainte : Dégradation synergique
gueur maximale des fissures dues à la corrosion sous contrainte
d’un métal causée par l’action simultanée d’un milieu corrosif et
par la durée de l’essai.
d’une sollicitation mécanique, qui se traduit généralement par
la formation de fissures. Ce problème entraîne fréquemment
une réduction significative de la capacité de charge des structu-
2.10 orientation :
Direction de la contrainte de traction
res métalliques.
appliquée à une éprouvette par rapport à une direction spécifiée
du produit dans lequel l’éprouvette a été prélevée (par exem-
NOTE - Voir corrosion fissurante sous con train te (3.1) .
ple : sens de laminage de la tôle).
1
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ISO 7539-l : 1987 (FI
3 Contexte 3.5 Les chapitres qui suivent attirent l’attention sur le fait que
le processus de corrosion sous contrainte peut être extrême-
ment sensible aux petites modifications d’exposition ou de con-
3.1 La définition de la corrosion sous contrainte (2.1) fait
ditions d’essai. L’utilisateur des matériaux est responsable du
apparaître que la corrosion fissurante sous contrainte est un cas
choix des conditions de réalisation des essais de corrosion sous
particulier de corrosion sous contrainte et que, dans certains
contrainte, et le fait que certains essais soient décrits dans la
cas, le phénomène ne se traduit pas par la création de chemins
présente Norme internationale n’implique pas qu’ils soient les
de fissuration. Bien que le résultat habituel soit, dans tous les
plus appropriés pour une situation quelconque. Ils sont décrits
il faut également tenir compte, en effet,
cas, la rupture,
dans une Norme internationale, car ils sont d’usage courant et
d’autres manifestations du type corrosion intergranulaire ou de
se sont avérés valables dans un contexte particulier ou courant
fissuration exaltée par la contrainte.
de matériel et d’environnement. La responsabilité de I’interpré-
tation des résultats d’essai demeure néanmoins à l’utilisateur
Tout en reconnaissant que des différences existent dans le
des matériaux et n’est diminuée en rien par l’existence de la pré-
cadre du présent document qui traite des méthodes d’essai, les
sente Norme internationale.
termes corrosion sous contrainte et corrosion fissurante sous
contrainte sont pris comme synonymes, comme ils le sont
généralement dans les publications sur la corrosion. 3.6 Outre les parties spécifiques aux méthodes les plus large-
ment utilisées, on a considéré qu’il était nécessaire d’établir un
document plus général traitant du choix des conditions détail-
Dans la présente Norme internationale est inclus tout ce qui
lées des essais, et de l’interprétation de leurs résultats. Ce
touche aux phénomènes de dissolution du métal ou à l’action
document s’inspire d’une étude antérieure remise à jour en
de l’hydrogène introduit dans le métal sous l’action conjuguée
fonction des besoins.
d’un environnement corrosif et d’un effort de traction à I’exclu-
sion toutefois de la fragilisation par un métal liquide et de la cor-
rosion par exfoliation.
4 Choix de la méthode d’essai
II convient de faire une distinction entre la dissolution locali-
NOTE -
sée, due à des phénoménes imputables à la dégradation, et les phéno-
4.1 Avant de se lancer dans un programme d’essai de corro-
ménes dus à l’action de l’hydrogène. Ces deux types de phénomènes
sion sous contrainte, il faut décider du type d’essai qui con-
peuvent se superposer mais ne peuvent être confondus avec le phéno-
vient. Cette décision dépend en grande partie du but de l’essai
méne imputable à des effets de chargement d’hydrogène délibérément
et de l’information requise. Certains essais cherchent à repro-
provoqués.
duire d’aussi près que possible les conditions de service et sont
utiles aux ingénieurs d’usines; d’autres peuvent servir à étudier
3.2 II existe une multitude de méthodes pour évaluer les pro-
une rupture d’un point de vue des mécanismes. Dans le premier
priétés de corrosion sous contrainte des métaux; chacune pré-
cas, le manque de matériaux, de place, de temps, etc., peut
sente ses avantages particuliers dans certaines situations.
conduire à faire appel à des procédures relativement simples
alors que, dans d’autres cas, il peut s’avérer primordial d’adop-
ter des techniques d’essai plus complexes. Ainsi, l’étude des
3.3 II est important de bien noter que, dans le contexte de la
vitesses de propagation des fissures peut-elle demander
résistance ou de sensibilité à la corrosion sous contrainte, le
l’emploi d’éprouvettes préfissurées, alors que celles-ci sont
mot ((essai)) a une signification spéciale. Qu’une corrosion sous
totalement inadaptées lorsqu’il s’agit d’étudier l’influence de
contrainte se produise ou ne se produise pas dans un cas donné
l’état de surface. Malgré le nombre de techniques compliquées
dépend autant des conditions d’exposition que des propriétés
disponibles, un essai simple peut s’avérer d’une grande valeur
du matériau. Le terme ((sensibilité» à la corrosion sous con-
dans certaines circonstances où des techniques plus élaborées
trainte ne décrit pas non plus une propriété ou une qualité du
sont inutilisables.
matériau mesurable sur une échelle universelle car les mérites
d’une série donnée d’alliages peuvent être fonction des condi-
tions d’exposition.
4.2 Si l’on adopte une méthode d’essai du type «tout ou
rien», il est important de veiller à ce qu’elle ne soit ni trop rigou-
reuse pour ne pas condamner un matériau qui pourrait convenir
3.4 L’idéal, afin de circonscrire le risque de corrosion sous
à d’autres conditions de service, ni trop souple pour autoriser
contrainte d’une application donnée, serait de réaliser des
l’utilisation d’un matériau dans des conditions où une rupture
simulations dans toutes les conditions possibles d’exposition en
s’ensuivrait rapidement.
service. Dans la pratique, cela s’avére difficile, voire impossible
et en tous cas rarement réalisé. Mais l’expérience a permis de
mettre au point un certain nombre d’ ((essais types)) qui don-
L’objet des essais de corrosion sous contrainte est géné-
4.3
nent une indication satisfaisante du comportement probable en
ralement de fournir des renseignements plus rapidement que ne
service d’une application donnée. Ces ((essais types)) de labora-
les donne l’expérience en service et, en même temps, qui lais-
toire ne conviennent toutefois qu’aux conditions de service
sent prévoir le comportement en service. Parmi les procédés les
auxquelles l’expérience a trouvé une explication, même empiri-
plus couramment employés, on peut citer la soumission à des
que. Le fait qu’un alliage donné passe ou ne passe pas un essai
contraintes plus élevées, la traction lente continue, l’emploi
jugé préalablement utile pour un autre alliage peut être signifi-
d’éprouvettes préf issurées, des concentrations plus fortes
catif comme il peut ne pas l’être, et un essai évaluant correcte-
d’espèces dans l’environnement d’essai que dans I’environne-
ment l’aptitude à l’emploi de certains alliages dans des condi-
ment en service, l’augmentation de la température et la stimula-
tions déterminées ne sera pas forcément concluant si les condi-
tion électrochimique. II est important toutefois de bien maîtriser
tions d’exposition changent. Utiliser un essai type au-delà des
ces méthodes pour ne pas modifier le détail du mécanisme de la
limites expérimentées demande à être vérifié.
rupture.
2
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ISO 7539-l : 1987 (FI
52.4 Les matériaux tubulaires peuvent être testés sous la
4.4 S’il est trop difficile de reproduire exactement les condi-
forme d’anneaux en C ou en 0, les premiers étant sollicités par
tions de service, il peut être utile d’analyser le processus de cor-
écartement ou resserrement partiels des bords de l’anneau; les
rosion sous contrainte de façon à déterminer aussi précisément
seconds par introduction forcée dans l’anneau d’une goupille
que possible les principaux facteurs intervenant aux différents
d’un diamètre un peu supérieur à celui du trou. Les anneaux en
stades. L’essai de corrosion sous contrainte finalement retenu
C s’averent également particuliérement utiles pour l’essai des
peut alors ne couvrir qu’un seul stade du mécanisme de corro-
produits épais dans le sens travers court.
sion.
5.2.5 Des essais de traction à déformation totale constante
5 Système de mise en contrainte
sont quelquefois préférés aux essais de flexion, ce qui simplifie
à la fois l’application et le calcul de la contrainte. Cependant,
ces essais demandent des bâtis de fixation beaucoup plus mas-
5.1 Généralités
sifs que ceux qu’exigent des éprouvettes de flexion de section
similaire.
Une classification pratique est faite des méthodes de mise en
charge des éprouvettes non entaillées, entaillées ou pré-
fissurées, selon qu’elles impliquent
5.2.6 On peut éviter les bâtis de fixation en recourant à
l’emploi d’éprouvettes dont les contraintes résiduelles internes
une déformation totale constante (voir 5.2);
a)
résultent de déformations non homogénes. Ces déformations
peuvent être provoquées par une flexion plastique, par exem-
une charge constante (voir 5.3);
b)
ple : bombement du feuillard ou de la tôle ou encore soudage,
mais de tels essais posent des problèmes de variation systéma-
une faible vitesse de déformation (voir 5.4).
cl
tique de la contrainte initiale qui atteint généralement son maxi-
mum au voisinage de la limite d’élasticité. De plus, à moins que
Dans le cas des éprouvettes préfissurées, les conditions limites
l’essai ne simule un cas d’application pratique, l’effet de retour
sont définies en fonction de la valeur du facteur d’intensité de
élastique consécutif au bombement des tôles ou à I’aplatisse-
contrainte KIscc et des essais peuvent aussi être réalisés dans
ment des tubes peut poser des problémes du fait des contrain-
des conditions où le. facteur d’intensité de contrainte est cons-
tes résiduelles qu’il introduit, de même que le soudage, par les
tant.
modifications de structure qu’il entraîne.
La connaissance des limites de chaque méthode est au moins
5.2.7 Les éprouvettes pour essai à déformation totale cons-
aussi importante que le choix de la méthode de mise en con-
tante peuvent quelquefois être préalablement mises en charge
trainte.
dans une machine d’essai classique ou un dispositif similaire
puis, tout en restant maintenues dans l’état de déformation,
. Essais à déformation totale constante
52 être fixées au bâti d’essai. Lorsque la charge cesse d’être appli-
quée par la machine d’essai, l’éprouvette demeure tendue sous
52.1 Ces essais forment de loin le groupe le plus courant car l’effort que lui impose le bâti et l’on peut supposer que la défor-
ils incluent les essais de flexion sous toute une variété de for- mation demeure constante du fait que le bâti se substitue à la
mes. Ils simulent également bien les contraintes de mise en machine d’essai. Cette méthode implique que la machine
œuvre qui sont très fréquemment associées aux ruptures en
d’essai et le bâti aient une rigidité similaire, ce qui ne peut être
service. possible que si le bâti est relativement massif par rapport aux
éprouvettes.
5.2.2 Les matériaux en feuilles sont fréquemment testés en
flexion. Les tales sont testées en traction ou sous forme 5.2.8 La rigidité du bâti utilisé pour la mise en contrainte peut
d’anneaux en C, ce dernier procédé servant également à tester
jouer sur la durée de vie avant rupture d’une éprouvette et cela
les produits tubulaires. quelle que puisse être son influence sur le niveau de contrainte
initial. Aussi, dans la plupart des essais à déformation totale
constante et notamment ceux des matériaux ductiles, la défor-
5.2.3 Les essais de flexion ont l’avantage de n’exiger que des
mation élastique initiale de l’éprouvette se transforme-t-elle par-
éprouvettes et des appareillages simples et donc fréquemment
tiellement en déformation plastique au fur et à mesure que la
peu coûteux. Le problème que posent ces méthodes d’essai
fissure se propage.
tient cependant à la mauvaise reproductibilité du niveau de con-
trainte, quand bien même on arrive à disposer d’une mesure
quantitative de celui-ci. Les efforts pour améliorer cette situa-
5.2.9 Une fois commencée, la relaxation de la contrainte se
tion ont conduit à imaginer des types d’essais de flexion plus
poursuit différemment d’une éprouvette à l’autre, ce qui peut
perfectionnés, avec par exemple quatre points de charge au lieu
jouer sur la durée de vie avant rupture qui est fonction du
de trois, mais les limites de la théorie de la flexion simple, qui
nombre de fissures ou de piqûres qui se développent. Une
sert généralement à calculer le niveau de contrainte, peuvent
relaxation marquée peut s’observer sur une éprouvette présen-
conduire à des erreurs d’estimation de la contrainte probable,
tant de nombreuses fissures et une relaxation plus faible sur
notamment lorsque la contrainte dépasse la limite élastique.
une éprouvette peu fissurée. Si une seule fissure se développe,
L’emploi des jauges de contrainte est parfois utile pour mesurer
elle n’a pas besoin d’atteindre de grandes dimensions pour
les sollicitations en surface. La réalisation d’éprouvettes minces
qu’intervienne la rupture brusque finale car la charge appliquée ,
pour flexion en U entraîne une déformation plastique significa-
demeure élevée alors que la relaxation nette de la charge asso-
tive qui peut influer sur la fissuration.
ciée à la présence de nombreuses fissures de corrosion sous
3
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contrainte signifie que ces fissures doivent se propager beau- serait impossible si la rupture se produisait. Avant de les adop-
ter, les utilisateurs doivent vérifier la validité des modes opera-
coup plus loin avant que l’une d’elles ne devienne assez grande
pour créer, sous une charge assez faible, des conditions de toires à base de chaînes d’éprouvettes pour voir s’ils n’engen-
contrainte telles qu’une rupture soudaine intervienne. drent pas d’erreurs.
5.3.5 L’emploi de l’éprouvette de traction de section longitu-
5.2.10 L’effet du nombre de fissures sur les résultats d’essai
dinale conique, qui connaît actuellement une popularité crois-
dépend naturellement du système de corrosion sous contrainte
sante, présente l’avantage évident de donner dans une même
étudié, c’est-à-dire des propriétés telles que la ténacité à la rup-
éprouvette tout un éventail de contraintes initiales. Cet emploi
ture du matériau et même l’agressivité du milieu utilisé. Le
doit s’entourer cependant de toutes les précautions concernant
résultat dépend aussi de la rigidité du dispositif de fixation. Plus
notamment la détermination des niveaux précis de contrainte
le bâti est rigide et moins il y a de chances qu’il subsiste une
limite. Les résultats peuvent en effet varier en fonction de fac-
déformation élastique dans l’éprouvette après propagation
teurs tels que le nombre de fissures, la déformation plastique
d’une bande de Lüders. La durée avant rupture d’un matériau
localisée dans la partie non fissurée, etc. II peut s’avérer plus
pour une contrainte initiale donnée varie donc en fonction de la ’
approprié de réserver ces éprouvettes à des essais de ((sélec-
raideur ou de la souplesse du système. Dans certains cas, les
tien» qui seront suivis d’essais classiques plus limités.
fissures peuvent cesser de se propager avant rupture totale.
5.3.6 Les essais sous charge constante engendrent une situa-
5.3 Essais sous charge constante
tion de contrainte croissante au fur et à mesure que les fissures
se propagent, de sorte que dès l’amorce de fissure, il y a moins
de chances que la propagation s’arrête, sous une contrainte
5.3.1 Ces essais permettent de simuler plus étroitement les
inférieure à la contrainte limite, que dans les essais à déforma-
défaillances par corrosion sous contrainte résultant de contrain-
tion totale constante. La valeur de la contrainte limite a donc
tes appliquées ou de contraintes de travail. La section transver-
des chances d’être inférieure; pour un système donné, si on l’a
sale de l’éprouvette étant réduite par la propagation des fissu-
déterminée dans des conditions de charge constante plutôt que
res, un essai sous charge constante implique une situation de
dans des conditions de déformation constante.
contrainte croissante. Ces essais amèneront donc plus vraisem-
blablement à la défaillance prématurée ou à la rupture complète
que les essais à déformation totale constante.
5.4 Essais à faible vitesse de déformation
5.4.1 La mise en charge dynamique lente, qui était à l’origine
5.3.2 On peut quelquefois éviter le mécanisme relativement
considérée comme un essai de sélection rapide est en train de
lourd de chargement par poids des éprouvettes de grande sec-
s’imposer comme une technique des mieux adaptée à la pra-
tion par l’emploi d’un ressort en compression. Les caractéristi-
tique.
ques du ressort sont choisies de telle sorte que la relaxation se
produise quand l’essai ne change plus la charge de manière
En l’essence, la méthode consiste à appliquer, à ùne éprouvette
significative.
placée dans des conditions environnantes appropriées, une
déformation ou un effort à vitesse lente (par exemple:
5.3.3 Pour réduire les dimensions du systéme de charge, on 10-S s -1) jusqu’à ce que la rupture se produise.
peut également réduire la section transversale de l’éprouvette
en utilisant par exemple un fil très fin. II est cependant dange-
5.4.2 Les vitesses de fissuration par corrosion sous contrainte
reux de trop réduire la section à moins que la défaillance par
sont généralement de l’ordre de 10 -3 à 10-S mms - 1. Que ce
corrosion sous contrainte ne puisse être confirmée par une
soit à déformation totale constante ou à charge constante, en
autre méthode, par exemple la métallographie. En effet, dans
laboratoire, les éprouvettes de dimensions courantes se fissu-
certains environnements de corrosion sous contrainte, la défail-
rent donc en quelques jours. C’est le cas dans les systémes où
lance peut intervenir sous l’effet de piqûres ou autres formes
les fissures de corrosion sous contrainte s’amorcent rapide-
d’attaques ayant pour effet d’augmenter la contrainte utile
ment, mais il existe également des cas fréquents où I’éprou-
jusqu’à la résistance ultime à la traction du métal. D’autres dan-
vette ne se rompt pas avant un temps très long et où il faut con-
gers sont également présentés par l’utilisation d’éprouvettes
clure l’essai à un moment choisi arbitrairement. Une dispersion
trop minces (voir 7.2.2).
considérable peut en résulter pour des essais répétés et le point
final arbitraire de l’essai laisse subsister un élément de doute sur
5.3.4 Le coût des essais d’éprouvettes à charge constante sur ce qui serait arrivé si l’on avait laissé l’essai se poursuivre plus
différentes machines d’essai peut être réduit si l’on essaye les
longtemps. De même que l‘utilisation d’éprouvettes pré-
éprouvettes en chaîne sur une même machine. Cette pratique fissurées, le chargement dynamique aide à amorcer la fissura-
est moins exigeante également du point de vue des caractéristi- tion, et présente, par ailleurs, l’avantage de ne pas obliger à ter-
ques de l’enceinte d’essai. On peut relier des chaînes d’éprou-
miner l’essai arbitrairement, l’éprouvette finissant toujours par
vettes de traction uniaxiale par des maillons de charge simple
se rompre et le critere de fissuration étant ainsi fonction du
mais cette technique convient mieux aux situations où la
mode de rupture. Sous la forme où elle est normalement
rupture n’est pas prévue car la rupture d’une seule éprouvette employée, la méthode de traction lente améne fréquemment
entraîne la disqualification de toutes les autres. On peut aussi
une rupture dans les 2 jours, soit par rupture ductile, soit par
relier des chaînes d’éprouvettes préfissurées plus souples par corrosion fissurante sous contrainte selon la susceptibilité à
des maillons de charge concus pour décharger progressive-
cette dernière. Le fait que l’essai se conclue positivement dans
ment les éprouvettes, au fur et à mesure que la fissure se pro- un intervalle de temps relativement court constitue l’un de ses
page. On évite ainsi de toucher aux autres éprouvettes, ce qui
principaux intérêts.
4
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d’alliages et de milieux environnants, du type aciers inoxyda-
5.4.3 L’essai a été initialement employé pour recueillir des
données, d’une part sur les effets comparés de variables telles bles austénitiques dans des solutions de chlorures ou aciers
doux dans des solutions de nitrates. Cependant, la liste de ces
que la composition et la structure des alliages ou l’effet des
combinaisons continue de s’allonger avec le temps et il est
inhibiteurs sur les milieux fissurants, et, d’autre part, sur les
même des exemples où l’on a observé une fissuration de maté-
moyens de favoriser la corrosion fissurante sous contrainte
riaux dans de l’eau de haute pureté. A noter en outre que les
dans des combinaisons d’alliages et d’environnement n’ame-
nant pas à rupture en laboratoire dans des conditions de charge substances en phase gazeuse peuvent également favoriser les
mécanismes de corrosion sous contrainte et que les milieux
constante ou de sollicitation constante. II constitue donc un
essai relativement sévere au sens que, contrairement aux autres gazeux sont parfois utilisés pour les essais. Dans ce cas, la
pression sera vraisemblablement un paramètre important.
modes de mise sous contrainte des éprouvettes non entaillées,
il favorise fréquemment la rupture par corrosion sous contrainte
en laboratoire et se range à cet égard dans la même catégorie
6.2 Température
que les essais sur éprouvettes préfissurées. Les dernières
années ont vu se développer une meilleure compréhension des
L’influence significative de la température sur les processus chi-
conséquences de l’essai de chargement dynamique et il semble
miques est un phénomène bien connu, de même le fait que plus
maintenant que ce type d’essai puisse avoir davantage de perti-
la température augmente plus la réaction intervient rapidement.
nence et de signification que celles d’un simple essai de sélec-
Bien que ce soit le cas également pour beaucoup de processus
tion efficace et rapide. On pourrait alléguer que les essais en
de corrosion, la température a fréquemment une influence plus
laboratoire soumettant les éprouvettes à une traction lente
complexe pour un certain nombre de raisons. Ainsi, une aug-
jusqu’à la rupture ont peu de rapport avec la réalité des ruptures
mentation de température, associée à l’accroissement corres-
en service. En fait, pour les essais tant sous déformation cons-
pondant des vitesses de réaction, peut-elle entraîner une dimi-
tante que sous charge constante, la propagation des fissures
nution de la corrosion normale par suite, par exemple, de la
intervient également dans des conditions de déformation dyna-
formation plus rapide de films protecteurs. De la même
mique lente qui sont plus ou moins fonction de la valeur initiale
maniére, la diminution de la solubilité de l’oxygène dans les
de la contrainte, du moment où la fissure s’amorce et des divers
solutions aqueuses, qui peut accompagner une augmentation
paramétres métallurgiques qui conditionnent le fluage de
de la température, peut-elle aussi entraîner une moins grande
l’éprouvette. De plus en plus de faits suggèrent en outre, pour
vitesse de corrosion. D’autres exemples pourraient encore être
certains systèmes, que dans le phénomène de corrosion sous
cités.
contrainte, la contrainte a pour fonction d’accélérer la déforma-
tion qui, plus que la contrainte elle-même, est le paramètre
Ces effets sont particuliérement pertinents dans le cas de la
mécanique important dont découle l’amorce ou la propagation
corrosion sous contrainte qui, comme mentionné précédem-
de la fissuration. Dans ces conditions, la vitesse minimale de
ment, se produit dans des conditions très spécifiques impli-
fluage est autant un paramétre technique de calcul de la fissura-
quant souvent un équilibre entre corrosion active et comporte-
tion que la contrainte limite ou le facteur limite d’intensité de la
ment actif.
contrainte obtenus par les essais à charge constante sur éprou-
vettes non entaillées ou préfissurées.
Compte tenu de ce qui précède, il est donc évident qu’il faut
contrôler étroitement la température d’essai et, si possible, la
5.4.4 La machine d’essai à faible vitesse de déformat
...
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