ISO 19843:2018

NORME ISO
INTERNATIONALE 19843
Première édition
2018-10
Roulements — Billes en céramique
— Détermination de la résistance par
test sur bille rainurée
Rolling bearings — Ceramic bearing balls — Determination of
strength by notched ball test
Numéro de référence
©
ISO 2018
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 6
5 Description de l’essai . 7
6 Équipements et appareillages d’essai . 7
6.1 Dispositif de chargement . 7
6.2 Machine d’essai . 8
6.3 Dispositifs de mesurage . 8
6.3.1 Généralités . 8
6.3.2 Micromètre de mesure externe . 8
6.3.3 Comparateur à cadran mécanique . 8
6.3.4 Microscope optique . 8
6.3.5 Jauge de mesure pour la détermination de l’épaisseur de ligament . 8
6.4 Rectifieuse . 9
6.5 Psychromètre . 9
6.6 Séchoir . 9
7 Préparation de la bille rainurée . 9
7.1 Nombre d’éprouvettes n .9
7.2 Détermination du diamètre . 9
7.3 Préparation de la rainure .10
7.3.1 Généralités .10
7.3.2 Géométrie de la rainure .10
7.4 Nettoyage .11
8 Procédure d’essai .11
8.1 Mesurage des paramètres de la rainure .11
8.2 Essais mécaniques .13
9 Évaluation .14
10 Incertitudes et écarts potentiels .14
11 Rapport d'essai .15
Annexe A (normative) Tableaux de correspondance pour le préfacteur f .16
Annexe B (normative) Comparabilité des résultats de résistance de la bille rainurée .19
Annexe C (informative) Système de cale en V pour la préparation de la rainure .22
Annexe D (informative) Aide au positionnement .24
Annexe E (informative) Exemple de rapport d’essai pour la détermination de la résistance
de la bille rainurée .25
Annexe F (normative) Endommagement du fond d’entaille lié à l’usinage .27
Annexe G (informative) Vitesse d’essai initiale suggérée pour la traverse .29
Bibliographie .30
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 4, Roulements, sous-comité SC 12,
Roulements à billes.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés

Introduction
En règle générale, la détermination de la résistance des composants implique souvent de produire des
éprouvettes spécialement préparées et de les soumettre à un essai de flexion.
Il n’est possible que dans certains cas de rapporter aux composants d’origine les valeurs mesurées sur
des éprouvettes de flexion en céramique standard.
Étant donné qu'il n’est pas recommandé de modifier l’état de surface des billes en céramique, l’essai sur
bille rainurée peut être efficacement utilisé comme essai de composant à des fins de contrôle qualité.
De plus, il est possible de quantifier les influences du procédé de fabrication et de l’entretien.
Cette méthode d’essai s’applique au développement de procédés et matériaux, à l’assurance qualité,
à la caractérisation et à la sélection des matériaux, ainsi qu’à la détermination des paramètres de
conception. La résistance mesurée est déterminée dans les conditions suivantes:
a) comportement élastique linéaire du matériau (relation contrainte/déformation);
b) comportement homogène et isotrope du matériau.
Cette méthode d’essai est destinée à être mise en œuvre dans un laboratoire disposant d’équipements
de traitement, d’appareils de mesure et de machines d’essais d’une grande précision. Par ailleurs,
elle est destinée être appliquée par un opérateur expérimenté accordant une attention particulière
au traitement de la rainure et au mesurage des paramètres de la rainure pour effectuer les essais
mécaniques.
NORME INTERNATIONALE ISO 19843:2018(F)
Roulements — Billes en céramique — Détermination de la
résistance par test sur bille rainurée
1 Domaine d'application
Le présent document décrit une méthode de détermination de la résistance des billes en céramique à
l’état fini destinées à des roulements à billes, de préférence constituées de nitrure de silicium (Si N )
3 4
dont le diamètre est compris entre 3 mm et 50 mm.
NOTE 1 L’ISO 26602 spécifie les exigences s’appliquant aux matériaux prétraités au nitrure de silicium pour
les billes de roulements. L’ISO 3290-2 spécifie les exigences s’appliquant aux billes de roulements finies au nitrure
de silicium.
NOTE 2 D’autres méthodes d’essai pour déterminer la résistance des billes en céramique sont disponibles à la
Référence [7].
Les résultats des essais de résistance varient légèrement selon le coefficient de Poisson. Tous les
calculs sont par conséquent limités à un coefficient de Poisson compris entre 0,15 et 0,35. Cela inclut le
coefficient de Poisson d’une bille en céramique type constituée de nitrure de silicium, utilisée comme
élément roulant dans les roulements à billes.
La méthode peut également être utilisée pour les billes de roulement constituées d’autres matériaux
céramiques, bien que les préfacteurs indiqués puissent ne pas être valides.
NOTE 3 Le coefficient de Poisson des matériaux isotropes peut être déterminé à l’aide d’une des méthodes
spécifiées dans l’ISO 17561.
Le comportement des matériaux céramiques à la rupture fragile (sous contrôle des défauts) peut
conduire à une forte dispersion de résultats individuels lors de la caractérisation d'une série
d’échantillons nominalement identiques.
NOTE 4 Une analyse statistique complémentaire conformément à l’ISO 20501 peut être réalisée.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 463, Spécification géométrique des produits (GPS) — Instruments de mesurage dimensionnel:
Comparateurs mécaniques à cadran — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 3290-2, Roulements — Billes — Partie 2: Billes de roulement en céramique
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d'extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 6106, Produits abrasifs — Vérification de la dimension des grains de superabrasifs
ISO 7500-1:2018, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d’essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ISO 20501, Céramiques techniques — Statistiques Weibull des données de résistance
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
plan équatorial
plan de symétrie de la bille perpendiculairement au sens du chargement
3.2
effort de rupture
F
effort appliqué à la rupture
3.3
section transversale du ligament
segment résiduel d'un cercle dans le plan équatorial de la bille rainurée
3.4
épaisseur de ligament
h
épaisseur maximale de la section transversale du ligament dans le plan équatorial (3.1) entre le fond de
la rainure (3.13) et la surface de la bille
Note 1 à l'article: Voir Figure 1 et Figure 2.
3.5
rayon moyen du fond de la rainure
R
m
moyenne arithmétique des rayons de fond d’entaille (3.10) R et R
1 2
3.6
largeur nominale de la meule
w
nom
largeur de l’outil de coupe déclarée par le producteur
3.7
centricité de la rainure
z
valeur quantifiable de départ par rapport au plan médian d’entaille parfait, rapportée au plan équatorial
Note 1 à l'article: Dans la pratique, l’asymétrie de la rainure est déterminée comme étant égale à la centricité
d’entaille z, voir Figure 2.
3.8
profondeur d’entaille
l
profondeur théorique de la rainure
Note 1 à l'article: l = D – h
w
Note 2 à l'article: Voir Figure 2.
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés

3.9
plan médian de la rainure
plan imaginaire passant par le centre de la rainure réelle perpendiculairement au sens du chargement
Note 1 à l'article: Voir Figure 1 et Figure 2.
3.10
rayons de fond d’entaille
R , R
1 2
rayons de congé du fond de la rainure (3.13)
Note 1 à l'article: Voir Figure 2.
3.11
bille rainurée
bille avec une rainure positionnée, qui est utilisée comme éprouvette d’essai dans le cadre de l’essai sur
bille entaillée
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.12
résistance de la bille rainurée
σ
f
contrainte théorique maximale exercée dans la fibre au point de contrainte nominal maximal à l’apex
de la section transversale du ligament (3.3) au moment de la rupture
Note 1 à l'article: Voir Figure 1. Le calcul est effectué conformément à la Formule (6).
3.13
fond de la rainure
région située au point le plus profond de la rainure
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.14
largeur de la rainure
w
largeur de la rainure, mesurée à une distance w /2 par rapport au fond de la rainure (3.13)
nom
Note 1 à l'article: Voir Figure 5 et 8.1 .
3.15
pôle
point discret sur la surface de la bille où est appliquée la charge
Note 1 à l'article: Voir les points B et B’ à la Figure 1. La ligne de jonction des points B et B’ traverse le centre de la
bille et est perpendiculaire au plan médian de la rainure.
3.16
précharge
F
force appliquée avant l’essai afin de fixer l’éprouvette dans la position désignée
3.17
centricité relative de la rainure
ζ
centricité de la rainure (3.7) rapportée au diamètre de la bille
Note 1 à l'article: ζ = z/D .
w
3.18
profondeur relative de la rainure
λ
profondeur de la rainure (3.8) rapportée au diamètre de la bille
Note 1 à l'article: λ = l/D .
w
3.19
rayon relatif du fond de la rainure
ρ
rayon moyen du fond de la rainure (3.5) rapporté à la largeur de la rainure (3.14)
Note 1 à l'article: ρ = R /w.
m
3.20
largeur relative de la rainure
ω
largeur de la rainure (3.14) rapportée au diamètre de la bille
Note 1 à l'article: ω = w/D .
w
3.21
surface d'essai
aire surfacique de la bille rainurée (3.11) située à l’opposé du fond de la rainure (3.13), où sont exercées
les contraintes de traction maximales au cours du chargement
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
a) Modèle volumique illustré avec l’amplitude de contrainte
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés

b) Vue de face, vue de côté et vue transversale (coupe)
Légende
A point de la contrainte nominale maximale au sommet de la section transversale du ligament
B, B' points d’introduction de la charge
t tolérance associée à z
z
1 surface d’essai
2 sens de chargement
3 plan équatorial
4 fond de la rainure
5 section transversale du ligament
6 plan médian de la rainure
Figure 1 — Bille rainurée utilisée comme éprouvette
Légende
1 plan équatorial
2 fond de la rainure
3 plan médian de la rainure
4 faces latérales de la rainure
NOTE Voir également Figure 1.
Figure 2 — Paramètre d’entaille de la bille rainurée
4 Symboles
Voir Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Unité Nomenclature
D mm diamètre de la bille
w
F N effort de rupture
F N précharge
f — préfacteur
facteur de correction de la profondeur de la rainure utilisé pour calculer la résistance
f —
λ
de référence
facteur de correction de la largeur de la rainure utilisé pour calculer la résistance de
f —
ω
référence
h mm épaisseur de ligament
l mm profondeur d’entaille
m — module de Weibull d’un lot
n — nombre d'éprouvettes
p , p mm distances auxiliaires pour la détermination de la centricité de la rainure
1 2
R mm rayon moyen du fond de la rainure
m
R mm rayon de la pointe de la jauge de mesure
S
R , R mm rayons de fond d’entaille
1 2
r , r mm distances auxiliaires pour la détermination des rayons de fond de rainure
1 2
S mm surface effective
eff
6 © ISO 2018 – Tous droits réservés

Tableau 1 (suite)
Symbole Unité Nomenclature
V mm volume effectif
eff
w mm largeur de la rainure
w mm largeur nominale de la meule
nom
w mm largeur de la lame de mesure
S
z mm centricité de la rainure
ζ — centricité relative de la rainure
λ — profondeur relative de la rainure
ν — coefficient de Poisson
ρ — rayon relatif du fond de la rainure
σ MPa résistance de la bille rainurée
f
σ MPa résistance caractéristique d’un lot
σ MPa résistance de référence
Ref
ω — largeur relative de la rainure
5 Description de l’essai
Au cours de la préparation de l’éprouvette, une entaille est meulée centralement dans le plan équatorial
de la bille. Lors de l’essai de résistance suivant, une charge est appliquée aux pôles de la bille rainurée
au moyen de deux enclumes parallèles. Les faces de la rainure sont pressées l’une contre l’autre, en
conséquence de quoi des contraintes de traction sont générées sur la surface opposée au fond de la
rainure. La charge est ensuite augmentée de façon uniforme jusqu’à rupture. La résistance de la bille
rainurée est calculée à partir de l’effort de rupture.
NOTE 1 La contrainte maximale est la première contrainte principale, qui suit une direction parallèle au sens
du chargement.
NOTE 2 Des informations plus détaillées peuvent être trouvées dans les Références [8],[9] et[11].
NOTE 3 Un principe similaire utilisant une rainure en C est décrit dans la Référence [10] dérivée de la
Référence [5].
6 Équipements et appareillages d’essai
6.1 Dispositif de chargement
Le dispositif de chargement se compose de deux plans parallèles (enclumes d’essai) et il doit satisfaire
aux exigences suivantes.
Les surfaces de contact des enclumes d’essai doivent être constituées de plaques en métal rigide ou en
nitrure de silicium d’au moins 10 mm d’épaisseur. Le matériau doit être sélectionné de sorte qu’aucune
empreinte plastique ne puisse demeurer sur les surfaces des enclumes. Les surfaces des enclumes
doivent être alignées perpendiculairement au sens de chargement [voir article «2» à la Figure 1a)]. Le
sens de chargement doit être identique au sens de déplacement de la traverse de la machine d’essai.
Les surfaces des enclumes doivent être lisses et présenter un parallélisme tel que la différence des
surfaces d’enclumes dans le sens de chargement soit inférieure à 0,05 mm par rapport à une longueur
transversale de 50 mm. Au cours du chargement, la rigidité doit être suffisante pour éviter tout
basculement.
La conception des enclumes d’essai doit être choisie afin de ne pas gêner le positionnement de l’éprouvette.
Un exemple est illustré à l’Annexe D. Les points de l’application de la charge B et B' doivent être axiaux
dans l’alignement de l’enclume, c’est-à-dire qu’ils doivent se trouver au centre des faces des enclumes. Les
dimensions des surfaces des enclumes doivent être au moins égales au diamètre de la bille.
Les contraintes frictionnelles et les mauvaises adaptations des éprouvettes doivent être minimisées.
6.2 Machine d’essai
La machine d’essai doit être capable d’appliquer une force à une vitesse de déplacement de traverse
constante. La machine doit être équipée d’un dispositif permettant d’enregistrer la force appliquée à tout
moment au cours de l’essai. L’incertitude de la machine d’essai doit être conforme à l’ISO 7500-1:2018,
classe 1 (1 % de la charge indiquée) et l’enregistrement doit avoir une sensibilité supérieure à 0,1 % de
la force maximale appliquée.
6.3 Dispositifs de mesurage
6.3.1 Généralités
Les équipements de mesurage suivants sont nécessaires pour la détermination des paramètres:
— micromètre de mesure externe (voir 6.3.2);
— comparateur à cadran mécanique (voir 6.3.3);
— microscope optique (voir 6.3.4);
— jauge de mesure pour de mesurer l’épaisseur du ligament (voir 6.3.5).
Si un autre équipement de mesurage est utilisé, il doit être préalablement approuvé.
6.3.2 Micromètre de mesure externe
Un micromètre conforme à l’ISO 3611, mais avec une exactitude de ± 2 µm ou supérieure, doit être
utilisé pour mesurer des dimensions de l’éprouvette. Les surfaces de mesurage du micromètre doivent
être planes. Ne pas utiliser de pointes de mesurage affûtées afin d’éviter d’endommager l’échantillon.
Pour tout autre dispositif de mesurage de longueur, des restrictions similaires doivent être respectées.
6.3.3 Comparateur à cadran mécanique
Un comparateur à cadran mécanique conforme à l’ISO 463, mais avec une exactitude de ± 10 µm, doit
être utilisé pour mesurer la centricité de la rainure.
6.3.4 Microscope optique
Pour enregistrer les micrographes étalonnés, pour déterminer le paramètre de la rainure, un
microscope de mesure est nécessaire [voir également Figure C.1c)].
6.3.5 Jauge de mesure pour la détermination de l’épaisseur de ligament
Avec un outil de mesurage spécial (jauge ou lame de mesurage) complété d'un support correspondant
(tel qu'illustré à la Figure 3), l’épaisseur de ligament peut être déterminée avec une exactitude suffisante.
Le bord de la lame doit avoir la forme d’un «tranchant de couteau émoussé» et peut comporter un bord
supérieur plat arrondi ou de petite dimension. Pour éviter que le rayon de fond de la entaille n’influence
le mesurage et éviter une forte inclinaison de la bille rainurée au cours du mesurage, la lame de mesure
doit remplir les conditions géométriques données par la Formule (1) et la Formule (2).
R ≤ w/10 (1)
S
0,7 w ≤ w ≤ 0,95 w (2)
S
La méthode de mesure de l’épaisseur du ligament est illustrée à la Figure 4.
8 © ISO 2018 – Tous droits réservés

Légende
1 jauge de mesure
2 bord de mesure
3 support
X variante 1 pour le bord de mesure
Y variante 2 pour le bord de mesure
NOTE Les détails du bord de mesure peuvent être exécutés conformément à l’alternative X ou Y
Figure 3 — Jauge de mesurage utilisée pour la détermination de l’épaisseur de ligament avec
support correspondant (3)
6.4 Rectifieuse
La rainure doit, de préférence, être produite à l’aide d’une machine de rectification alternative utilisant
une meule avec couche abrasive diamant (voir également Référence [7]).
6.5 Psychromètre
Un psychromètre de mesure de l’humidité associé à une erreur de mesurage de ± 2 % de l’humidité
relative doit être utilisé.
La méthode de mesure recommandée est décrite dans la Référence [6].
6.6 Séchoir
Une armoire de séchage pouvant être maintenue à une température de 110 ± 5 °C doit être utilisée.
7 Préparation de la bille rainurée
7.1 Nombre d’éprouvettes n
Pour la caractérisation du matériau et l’assurance qualité, au moins n = 10 résultats d’essai valides
doivent être obtenus pour le nombre d’éprouvettes. Pour l’évaluation statistique des valeurs de
résistance (par exemple, paramètres de Weibull), le nombre minimal d’éprouvettes est n = 30.
NOTE Si le nombre d’éprouvettes nominalement identiques est inférieur à 30, les paramètres de Weibull
calculés peuvent comporter un niveau important d’incertitude. Du fait du manque d’exactitude de ces paramètres,
une comparaison des différents lots n’est pas adaptée à ce cas. Pour plus d'informations, voir l’ISO 20501 et la
Référence [9].
7.2 Détermination du diamètre
Les diamètres des billes soumises à essai sont spécifiés par le fabricant ou doivent être déterminés
conformément à l’ISO 3290-2.
7.3 Préparation de la rainure
7.3.1 Généralités
La surface d’essai ne doit pas être endommagée par la réalisation de la rainure. La réalisation d’une
rainure par découpe implique généralement des forces importantes, ce qui génère des contraintes de
contact élevées au niveau des points de contact. Ce qui peut conduire à la formation de défauts sur
la surface d’essai (notamment rayures, fissures, déformation plastique), lesquels peuvent affecter
la résistance de surface obtenue. De plus, toute charge élevée perpendiculairement à la rainure (par
exemple, par la fixation ou le serrage des billes) doit être évitée afin de prévenir tout risque de pré-
endommagement.
La rainure doit être réalisée au moyen d'une meule diamant avec une taille de grain comprise entre D64
et D151 conformément à l’ISO 6106 et avec un mécanisme de refroidissement approprié (par exemple,
une émulsion).
En règle générale, l’emploi d’une meule diamant à liant polymère est recommandé. Pour les meules d’une
largeur inférieure à 1 mm environ, le revêtement diamant est souvent appliqué par électrodéposition,
ce qui peut exposer la meule à des vitesses d’usure plus élevées et non constantes.
NOTE L’Annexe C présente une méthode simple et éprouvée.
L’avance et la commande de vitesse d’avance doivent être choisies de telle manière à garantir une
préparation de la rainure aussi soigneuse que possible, sans formation d’écailles. Les critères de
rejet applicables aux éprouvettes écaillées et/ou partiellement fissurées sont spécifiés à l’Annexe F.
Cependant, si l’essai porte sur des éprouvettes écaillées et/ou partiellement fissurées (qui dépassent
les critères de rejet définis dans l’Annexe F), il faut démontrer, au moyen d’une analyse fractographique,
que l’origine de la rupture n’est pas liée à l’endommagement du fond de la rainure.
Une vitesse d’avance en profondeur (profondeur de coupe) de 5 µm à 10 µm par cycle est recommandée.
7.3.2 Géométrie de la rainure
Pour généraliser l’essai sur bille rainurée, les paramètres géométrique absolus de la rainure l, w et R
m
sont convertis en paramètres relatifs (adimensionnels) λ, ω et ρ. Par ailleurs, il convient de placer la
rainure de façon symétrique et centrale par rapport au plan équatorial.
Les dimensions relatives de la rainure standard sont données au Tableau 2. Ces valeurs (géométrie
de la rainure) doivent être ciblées pour la préparation de la rainure. Pour permettre une évaluation
valide de la résistance par essai sur bille rainurée, tous les paramètres doivent se trouver dans la plage
acceptable spécifiée au Tableau 2.
NOTE Pour une analyse statistique, la formule d’approximation (A.1) s’applique uniquement dans la plage de
paramètres du Tableau 2.
Tableau 2 — Géométries d’entaille acceptables pour l’évaluation d’une éprouvette unique
Paramètre Symbole Entaille standard Plage acceptable
Profondeur relative de la rainure λ 0,80 0,78 à 0,82
Largeur relative de la rainure ω 0,10 0,05 à 0,15
Rayon relatif du fond de la rainure ρ 0,25 0 à 0,5
Centricité relative de la rainure ζ 0 0 à 0,01
Afin de déterminer les paramètres de Weibull d’une série d’essai (par exemple, 30 échantillons)
conformément à l’ISO 20501, la différence entre les paramètres d’entaille de tous les échantillons
soumis à essai ne doit pas dépasser les valeurs spécifiées dans le Tableau 3.
Pour comparer les paramètres de Weibull de deux lots présentant le même diamètre nominal de bille,
le Tableau 3 fournit la différence maximale des paramètres relatifs de la rainure λ, ω et ρ de toutes les
10 © ISO 2018 – Tous droits réservés

éprouvettes individuelles. En cas de dépassement d’une ou plusieurs de ces valeurs, une correction doit
être effectuée conformément aux indications de l’Annexe B.
Tableau 3 — Conditions préalables à l’analyse statistique
Différence maximale admissible Δ (pour la détermina-
tion du paramètre de Weibull)
Paramètre Symbole
Comparaison de deux
Dans un même lot
lots
Différence de profondeur relative
Δλ 0,005 0,01
de la rainure
Différence de largeur relative de
Δω 0,02 0,05
la rainure
Différence de rayon relatif du fond
Δρ 0,3 Sans restriction
de la rainure
7.4 Nettoyage
Afin de réaliser l’essai, les éprouvettes doivent être exemptes de poussière et de graisse. Après chaque
procédé d’usinage, les éprouvettes doivent être nettoyées à l’eau ou à l’aide d’un solvant approprié. En
cas d’utilisation de colle ou d’autre agent adhésif, tous les résidus doivent être éliminés à l’aide d’un
solvant approprié qui n’affecte pas les propriétés mécaniques du matériau de la bille en céramique. Si
un dispositif de nettoyage aux ultrasons est utilisé, il est recommandé d’éviter tout contact entre les
éprouvettes.
NOTE L’utilisation d’un nettoyage aux ultrasons sur les billes rainurées peut endommager la surface d’essai
sous l’effet du contact entre les éprouvettes (c’est-à-dire entre les arêtes vives des faces latérales de la rainure
d’une bille et la surface d’essai d’une deuxième bille).
Au terme du nettoyage, les éprouvettes doivent être séchées dans une armoire de séchage pendant au
moins 2 h à une température de 110 C± 5 C.
8 Procédure d’essai
8.1 Mesurage des paramètres de la rainure
L’épaisseur de ligament h à la plus grande influence sur la résistance, c’est pourquoi elle doit être
mesurée pour chaque éprouvette séparément.
Le mesurage de l’épaisseur de ligament h et de la centricité de la rainure z sont illustrés à la Figure 4.
Leurs déterminations doivent être effectuées au moyen d’une jauge de mesure, comme illustré à la
Figure 3.
Placer la bille rainurée sur la jauge de mesure horizontale et mesurer la hauteur p . Retirer la bille
rainurée et la replacer de sorte que l’autre face de la rainure soit en appui sur la jauge de mesure.
Mesurer la hauteur p . Calculer la centricité de la rainure z à l’aide de la Formule (3). Rejeter toute
éprouvette pour laquelle ζ = z / D ≥ 0,01.
w
z = ∣p – p ∣ / 2 (3)
1 2
a) Illustration schématique b) Illustration schématique du c) Illustration schématique du
du mesurage de l’épaisseur de mesurage de la distance auxi- mesurage de la distance auxi-
ligament h liaire p liaire p
1 2
Légende
1 bille rainurée
2 jauge de mesure
A point de la contrainte nominale maximale au sommet de la section transversale du ligament
B; B' points d’introduction de la charge
Figure 4 — Illustration schématique du mesurage de l’épaisseur de ligament et de la distance
auxiliaire de la bille rainurée pour le calcul de la centricité de la rainure à l’aide d’une jauge
de mesure
La détermination du rayon de fond de rainure et de la largeur de la rainure doit être effectuée dans un
plan parallèle au plan A-B-B' (voir Figure 1). Pour des raisons de commodité, il est admis d’effectuer le
mesurage à l’aide d'une éprouvette comparative (par exemple, des barres rectangulaires produites au
cours de la même séquence de coupe) constituée d’un matériau qui présente des propriétés similaires
ou de mesurer une section transversale centrale d’une bille perpendiculaire au plan A-B-B'. Le mesurage
est illustré schématiquement à la Figure 5 et doit être effectué avec les rayons de fond d’entaille R et
R . Une approche pratique de cette méthode est présentée en Annexe C, Figure C.1 c).
a)  Exemple de rainure symétrique et de faces b)  Exemple de rainure asymétrique et de faces
latérales de rainure parallèles latérales de rainure non parallèles
12 © ISO 2018 – Tous droits réservés

Légende
1 plan médian de la rainure
NOTE Voir également Figure 1.
Figure 5 — Section transversale de la rainure pour la détermination des rayons de fond
d’entaille et de la largeur d’entaille w à l’aide de la distance auxiliaire r r
1, 2
La rainure doit être positionnée conformément à la Figure 5, c’est à dire, les faces latérales de la rainure
doivent être approximativement verticales et le fond de la rainure doit se trouver en bas (sans être
nécessairement horizontal). La rainure doit être circonscrite par un rectangle dont les bords sont
parallèles et perpendiculaires par rapport au plan médian de la rainure. Sa dimension en hauteur
doit être approximativement w /2. Sa face inférieure doit toucher le fond de la rainure. Les deux
nom
coins supérieurs doivent se trouver sur la face latérale correspondante de la rainure. La largeur de la
rainure w peut ensuite être déterminée par ce rectangle, elle est égale à la longueur du rectangle ainsi
obtenu. Les distances auxiliaires r , r sont mesurées comme les distances entre chaque coin inférieur
1 2
et le point d’intersection du contour de la rainure et de la bissectrice de l’angle.
Le rayon moyen du fond de rainure R peut être calculé à l’aide de la Formule (4) et de la Formule (5):
m
Rr=−/()21 (4)
12,,12
R = (R + R)/2 (5)
m 1 2
Il est recommandé de sauvegarder une photographie du mesurage du fond de la rainure.
8.2 Essais mécaniques
Au moins 2 h avant les essais mécaniques, les éprouvettes doivent être stockées dans l’atmosphère
d’essai afin de s’adapter à l’environnement. La température ambiante et l’humidité relative doivent être
enregistrées. Tout au long de la série d’essais, la température doit se situer entre 15 °C et 30 °C, et ne
doit pas varier de plus de 3 °C et l’humidité relative ne doit pas varier de plus de 10 %.
Il faut s’assurer que le dispositif de chargement n’est pas endommagé et que les enclumes sont exemptes
de toutes pièces de rupture provenant d’autres éprouvettes.
Chaque éprouvette doit être positionnée au centre des enclumes (c’est-à-dire les points d’application de
la charge doivent être situés sur l’axe de la direction de chargement). La ligne perpendiculaire au plan
médian de la rainure doit être située à moins de 3° de la direction de l’application de la charge.
NOTE 1 Une aide au positionnement est proposée à l’Annexe D.
Afin de stabiliser l’éprouvette dans cette position, une précharge peut être appliquée, auquel cas celle-
ci ne doit pas dépasser 10 % de l’effort de rupture attendu. Dans tous les cas, la vitesse de chargement
jusqu’à l’application de la précharge doit être inférieure à la vitesse d’essai utilisée par la suite. Une
fois la précharge appliquée, toutes les aides au positionnement doivent être retirées et un dispositif de
protection contre les éclats doit être positionné autour de l’éprouvette.
Il convient de choisir la plage de charges attendues de sorte que les efforts de rupture moyens attendus
se trouvent approximativement au milieu de la plage admissible de mesurage de la force. Le chargement
est progressivement augmenté en respectant une vitesse d’essai telle que la rupture se produise de
façon garantie en moins de 5 à 15 secondes. Une recommandation pour la vitesse d’essai initiale est
donnée en Annexe G. Une courbe schématique de la force en fonction du temps est illustrée à la Figure 6.
NOTE 2 La vitesse de chargement à une vitesse de traverse donnée peut être influencée par la conformité
élastique du dispositif de chargement, par les propriétés élastiques du matériau et par la géométrie de la bille
rainurée.
Légende
F effort de rupture
F précharge
t temps
a
5 s à 15 s.
Figure 6 — Courbe schématique de la force d’essai en fonction du temps
L’effort de rupture F (force appliquée au moment de la rupture) doit être enregistré. Toutes les pièces
ayant subi une rupture doivent être stockées et marquées à des fins d’enquête ultérieure. La surface de
rupture doit être protégée contre tout risque de contamination au cours du transport et du stockage.
9 Évaluation
Calculer les paramètres relatifs de la rainure λ, ω et ρ. Évaluer la résistance de la bille rainurée en
fonction de la Formule (6).
6F
σν=−f 10,,087 −027 (6)
()()
f
h
Des tableaux de correspondance et une fonction d’ajustement pour le préfacteur f en fonction des
paramètres relatifs de la rainure (λ, ω et ρ) sont donnés en Annexe A. Si des tableaux de correspondance
sont utilisés, les valeurs doivent être déterminées par interpolation linéaire.
Pour l’évaluation, les valeurs réelles de l’épaisseur de ligament h et de la profondeur de la rainure l et
λ (respectivement) pour chaque éprouvette doivent être utilisées. L’utilisation d’une valeur moyenne
(par exemple, pour un lot donné) n’est pas autorisée.
10 Incertitudes et écarts potentiels
Une analyse fondée sur la Formule (6) peut être utilisée pour démontrer que les principales sources
d’erreur relatives à l’incertitude de la résistance de la bille rainurée sont les mesurages de l’effort
de rupture, de la centricité de la rainure et de l’épaisseur du ligament de la rainure. L’exactitude de
l’enregistrement de la force, qui est influencée par l’exactitude d’étalonnage du mesureur de force, par
le bruit du signal et par les écarts lors de la lecture des données, doit être supérieure à ± 1 % (voir
l’ISO 7500-1).
14 © ISO 2018 – Tous droits réservés

En considérant une exactitude absolue de mesurage (Δl = Δh = ± 5 μm, Δw = ± 10 μm, ΔR = ± 10 μm) et
m
une variation naturelle du coefficient de Poisson de ± 0,01, on peut calculer l’influence sur les valeurs de
résistance de la bille rainurée. L’écart maximal ainsi obtenu de la résistance de la bille rainurée dans le
cas de billes de petites dimensions (par exemple, D = 3 mm) est inférieur à ± 3 % et diminue à mesure
w
qu’augmente la taille de la bille (par exemple, D = 50 mm) pour atteindre ± 0,3 %.
w
La centricité de la rainure z n’est pas incluse dans l’analyse. Un écart maximal de 1 % du diamètre de
la bille conduit à une augmentation de 0,8 % de la résistance calculée de la bille rainurée. Le même
principe est observé lorsque l’éprouvette est inclinée au cours du positionnement. La valeur maximale
admissible de 3° conduit à une réduction de 0,1 % de la valeur estimée de la résistance de la bille
rainurée.
En conséquence, l’écart total maximal de la résistance de la bille rainurée est inférieur à ± 5 % si l’on
additionne correctement les écarts de force et de géométrie ainsi que les contributions d’une variation
donnée des constantes élastiques du matériau.
NOTE Une erreur de mesurage d’environ ± 5 % est généralement observée dans les essais de résistance.
En principe, l’écart peut être réduit en améliorant l’étalonnage de la force et les niveaux de précision du
mesurage de longueur si une entaille est centrée et symétrique.
11 Rapport d'essai
Le rapport d'essai doit contenir au minimum les informations suivantes (voir exemple donné dans
l'Annexe E):
a) informations relatives à la machine d’essai;
b) date, début et durée de l’essai, numéro de rapport et signature de l'opérateur;
c) matériau de l’enclume (au moins aux points d’introduction de la charge);
d) référence du présent document (par exemple, «déterminé selon l’ISO 19843:2018»);
e) de
...