ISO 17142:2014

NORME ISO
INTERNATIONALE 17142
Première édition
2014-06-01
Céramiques techniques — Propriétés
mécaniques des céramiques
composites à haute température
sous air à pression atmosphérique
— Détermination des propriétés de
fatigue à amplitude constante
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic composites at high temperature in
air at atmospheric pressure — Determination of fatigue properties at
constant amplitude
Numéro de référence
©
ISO 2014
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
3.1 Généralités . 2
3.2 Phénomènes de fatigue cyclique . 3
4 Principe . 5
5 Signification et usage . 5
6 Appareillage . 6
6.1 Machine d’essai de fatigue . 6
6.2 Système d’application d’effort . 6
6.3 Dispositif de chauffage . 7
6.4 Extensomètre . 7
6.5 Mesurage de la température . 7
6.6 Système d’enregistrement des données . 7
6.7 Micromètres . 7
7 Éprouvettes . 8
8 Préparation des éprouvettes . 9
8.1 Usinage et préparation . 9
8.2 Nombre d’éprouvettes . 9
9 Mode opératoire d’essai. 9
9.1 Configuration d’essai: considérations sur la température . 9
9.2 Mesurage des dimensions des éprouvettes . .10
9.3 Technique de l’essai .10
9.4 Validité de l’essai .11
10 Calcul des résultats .11
10.1 Temps à rupture, t . .
f 11
10.2 Paramètres d’endommagement .12
10.3 Propriétés résiduelles .12
11 Rapport d’essai .14
Annexe A (informative) Évolution schématique de E .15
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 appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. 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 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’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 206, Céramiques techniques.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17142:2014(F)
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des
céramiques composites à haute température sous air à
pression atmosphérique — Détermination des propriétés
de fatigue à amplitude constante
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les conditions de détermination des propriétés de
fatigue cyclique à amplitude constante de contrainte ou de déformation en traction/traction ou
traction/compression uniaxiale des matériaux composites à matrice céramique (CMC) avec renfort des
fibres pour une température jusqu’à 1 700 °C dans l’air à la pression atmosphérique.
La présente Norme internationale s’applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de
fibres, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D) ou tridirectionnel (xD, ou 2 < x 3).
La présente Norme internationale a pour objet de déterminer le comportement des composites à matrice
céramique lorsqu’ils sont soumis à la fatigue mécanique dans une ambiance oxydante. Les essais de
détermination des propriétés de fatigue à haute température dans des atmosphères inertes sont
différents de ceux effectués dans des atmosphères oxydantes. Contrairement à une atmosphère inerte,
l’endommagement dans une atmosphère oxydante s’accroît du fait de l’influence de la fatigue mécanique
mais aussi des effets chimiques de l’oxydation des matériaux.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur ― Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie 1:
Machines d’essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de force
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques lors d’essais uniaxiaux
ISO 14544, Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques composites à haute
température — Détermination des caractéristiques en compression
ISO 14574, Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques composites à haute
température — Détermination des caractéristiques en traction
ISO 15733, Céramiques techniques — Méthode d’essai de comportement à la contrainte en traction des
composites renforcés de fibres continues, à température ambiante
CEI 60584-1, Couples thermoélectriques — Partie 1: Spécifications et tolérances en matière de FEM
CEI 60584-2, Couples thermoélectriques — Partie 2: Tolérances
CEN/TR 13233, Céramiques techniques avancées — Notations et symboles
3 Termes et définitions
3.1 Généralités
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans le CEN/TR 13233 ainsi que
les suivants s’appliquent.
3.1.1
température d’essai
T
température de l’éprouvette au centre de la longueur de jauge
3.1.2
longueur utile
l
partie de l’éprouvette où la section est la plus faible et est uniforme
3.1.3
longueur de jauge
L
o
distance initiale entre les points de référence dans la longueur utile de l’éprouvette
3.1.4
zone en température contrôlée
partie de la longueur utile, incluant la longueur de jauge, où l’écart de température par rapport à la
température d’essai est inférieur à 50 °C
3.1.5
aire initiale de la section
S
o
aire initiale de la section de l’éprouvette dans la longueur utile, à la température d’essai
Note 1 à l’article: Deux aires initiales de la section de l’éprouvette peuvent être définies:
— aire apparente de la section: aire totale de la section de l’éprouvette S ;
o app
— aire effective de la section: aire totale de la section corrigée d’un facteur, prenant en compte la présence d’un
revêtement, So eff.
3.1.6
allongement
A
modification sous une sollicitation uniaxiale de la longueur de jauge entre les points de référence
3.1.7
déformation
ε
modification relative de la longueur de jauge définie par le rapport A/L
o
3.1.8
contrainte
σ
force supportée par l’éprouvette à tout instant de l’essai, divisée par l’aire initiale de la section
Note 1 à l’article: Deux contraintes peuvent être différenciées:
— contrainte apparente, σ , lorsque l’aire apparente (ou totale) de la section est utilisée;
app
— contrainte effective, σ , lorsque l’aire effective de la section est utilisée.
eff
Note 2 à l’article: La contrainte peut être une contrainte de traction ou de compression.
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3.1.9
chargement à amplitude constante
dans le cas de chargement de fatigue cyclique, de forme d’onde constante dont le maximum et le minimum
demeurent constants au cours de l’essai (voir la Figure 1 pour la nomenclature relative aux essais de
fatigue cyclique)
Légende
1 temps 6 moyenne
2 paramètre contrôlé (mode de l’essai) 7 maximum (valeur maximale)
3 forme triangulaire 8 minimum (valeur minimale)
4 forme trapézoïdale 9 amplitude
5 forme sinusoïdale 10 étendue
Figure 1 — Nomenclature des essais de fatigue cyclique et formes d’onde
3.2 Phénomènes de fatigue cyclique
NOTE Les paramètres de la courbe contrainte-déformation sont définis comme indiqué à la Figure 2.
3.2.1 Rapport de charge
3.2.1.1
rapport de charge
R
dans le cas de la fatigue cyclique, rapport algébrique des deux paramètres de charges d’un cycle
Note 1 à l’article: Le rapport le plus couramment utilisé est:
— R = (charge minimale/charge maximale)
3.2.2 Fatigue cyclique en contrainte
3.2.2.1
contrainte maximale
σ
max
contrainte maximale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.2.2
contrainte minimale
σ
min
contrainte minimale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.2.3
contrainte moyenne
σ
m
contrainte moyenne appliquée au cours de la fatigue cyclique
σσ+
maxmin
Note 1 à l’article: σ =
m
3.2.2.4
amplitude de contrainte
σ
a
différence entre la contrainte maximale et la contrainte minimale
σσ−
maxmin
Note 1 à l’article: σ = =σσ−=−σσ
a maxm mmin
3.2.3 Fatigue cyclique en déformation
3.2.3.1
déformation maximale
ε
max
déformation maximale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.3.2
déformation minimale
ε
min
déformation minimale appliquée au cours de la fatigue cyclique
3.2.3.3
déformation moyenne
ε
m
déformation moyenne appliquée au cours de la fatigue cyclique
εε+
maxmin
Note 1 à l’article: ε =
m
3.2.3.4
amplitude de déformation
ε
a
différence entre la déformation maximale et la déformation minimale
εε−
maxmin
Note 1 à l’article: ε = =εε−=−εε
a maxm mmin
3.2.4 Paramètres de fatigue
3.2.4.1
nombre de cycles
N
nombre total de cycles de charges appliqué à l’éprouvette au cours de l’essai
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3.2.4.2
durée de vie en fatigue cyclique
N
f
nombre total de cycles de charges appliqué à l’éprouvette jusqu’à la rupture
3.2.4.3
temps à rupture
t
f
durée requise pour obtenir le nombre de cycles, N
f
4 Principe
Une éprouvette de dimensions spécifiées est portée à la température d’essai et soumise à la fatigue
cyclique comme suit:
— méthode A: à chaque cycle, l’éprouvette est soumise à une contrainte variant entre deux niveaux
constants à une fréquence spécifiée;
— méthode B: à chaque cycle, l’éprouvette est soumise à une déformation variant entre deux niveaux
constants à une fréquence spécifiée.
Le nombre total de cycles est enregistré. Si la déformation n’est pas mesurée, seule la durée du cycle de
vie ou les propriétés mécaniques résiduelles peuvent être déterminées. Si la déformation est mesurée,
un certain nombre de cycles contrainte-déformation sont enregistrés à des intervalles spécifiés afin
de déterminer les paramètres d’endommagement, outre la durée du cycle de vie et les propriétés
mécaniques résiduelles.
NOTE Les propriétés résiduelles peuvent être déterminées sur les éprouvettes qui n’ont pas rompu au cours
de l’essai, à l’aide des méthodes décrites dans les Normes internationales appropriées.
5 Signification et usage
La présente méthode d’essai permet de caractériser le compor
...