ISO 204:2023
(Main)Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension — Method of test
Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension — Method of test
This document specifies the methods for: a) uninterrupted creep tests with continuous monitoring of extension; b) interrupted creep tests with periodic measurement of elongation; c) stress rupture tests where normally only the time to fracture is measured; d) a test to verify that a predetermined time can be exceeded under a given force, with the elongation or extension not necessarily being reported. NOTE A creep test can be continued until fracture has occurred or it can be stopped before fracture.
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en traction — Méthode d'essai
Le présent document spécifie les méthodes pour: a) les essais de fluage ininterrompu avec surveillance continue de l’extension; b) les essais de fluage interrompus avec mesurage périodique de l’allongement; c) les essais de rupture sous contrainte lorsque seul le temps jusqu’à la rupture est normalement mesuré; d) un essai pour vérifier qu’un temps prédéterminé peut être dépassé sous une force donnée, sans que l’allongement ou l’extension n’ait été nécessairement rapporté. NOTE Un essai de fluage peut se poursuivre jusqu’à la rupture effective ou peut être arrêté avant la rupture.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 204
Fourth edition
2023-07
Metallic materials — Uniaxial creep
testing in tension — Method of test
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en traction —
Méthode d'essai
Reference number
© ISO 2023
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and designations . 6
5 Principle . 7
6 Apparatus . 8
6.1 Testing machine . 8
6.2 Extension and elongation measuring devices . 8
6.2.1 Extension measuring device . 8
6.2.2 Elongation measuring device . 9
6.3 Heating device, temperature measuring equipment and calibration . 9
6.3.1 Permissible temperature deviations . 9
6.3.2 Temperature measurement . 10
6.3.3 Thermocouples . 11
6.3.4 Calibration of the thermocouples . 11
7 Test pieces .12
7.1 Shape and dimensions . 12
7.1.1 Shape and dimension of smooth test pieces .12
7.1.2 Shape and dimension of notched test pieces .13
7.2 Preparation . 13
7.3 Determination of the original cross-sectional area . 13
7.4 Marking of the original gauge length, L . 14
o
7.5 Determination of the reference length, L . 14
r
8 Test procedure .15
8.1 Heating of the test piece .15
8.2 Application of the test force . 15
8.3 Test interruptions . 16
8.3.1 Planned interruptions of the test . 16
8.3.2 Multiple test piece machine with several test pieces in line . 16
8.3.3 Combined test . 16
8.3.4 Accidental interruption of the test . 16
8.4 Recording of temperature and elongation or extension . 16
8.4.1 Temperature . 16
8.4.2 Elongation and extension . 16
8.4.3 Elongation-time curve or extension-time curve . 17
9 Determination of results .17
10 Test validity .17
11 Accuracy of the results .17
11.1 Expression of the results . 17
11.2 Final uncertainty . 18
12 Test report .18
Annex A (informative) Information concerning drift of thermocouples .23
Annex B (informative) Information concerning methods of calibration of thermocouples .26
Annex C (normative) Creep testing using test pieces with V or blunt circumferential
notches . .27
iii
Annex D (informative) Method of estimating the uncertainty of the measurement in
accordance with the Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM) .30
Annex E (informative) Representation of results and extrapolation .36
Bibliography .45
iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use
of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed
patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received
notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are
cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent
database available at www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all
such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee SC 1, Uniaxial testing, in collaboration with the European Committee for Standardization
(CEN) Technical Committee CEN/TC 459/SC 1, Test methods for steel (other than chemical analysis),
in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 204:2018), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— Figure 1 has been corrected;
— symbols were revised;
— Formulas in Table 1 have been removed;
— the informative annex relating to computer compatible representation of standards has been
deleted;
— Bibliography has been updated.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
Creep is the phenomenon exhibited by materials which slowly deform when subjected to loading at
elevated temperature. This document is concerned with the method used to measure such material
behaviour.
Annexes are included concerning temperature measurement using thermocouples and their
calibration, creep testing test pieces with circumferential V and blunt (Bridgman) notches, estimation
of measurement uncertainty and methods of extrapolation of creep rupture life.
Information is still sought relating to the influence of off-axis loading or bending on the creep properties
of various materials. Based on the future availability of quantitative data, consideration can be given
as to whether the maximum amount of bending should be specified and an appropriate calibration
procedure be recommended. The decision will need to be based on the availability of quantitative
[1]
data .
This document incorporates many recommendations developed through the European Creep
Collaborative Committee (ECCC).
vi
INTERNATIONAL STANDARD ISO 204:2023(E)
Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension —
Method of test
1 Scope
This document specifies the methods for:
a) uninterrupted creep tests with continuous monitoring of extension;
b) interrupted creep tests with periodic measurement of elongation;
c) stress rupture tests where normally only the time to fracture is measured;
d) a test to verify that a predetermined time can be exceeded under a given force, with the elongation
or extension not necessarily being reported.
NOTE A creep test can be continued until fracture has occurred or it can be stopped before fracture.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
ISO 6892-2, Metallic materials — Tensile testing — Part 2: Method of test at elevated temperature
ISO 7500-2, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 2: Tension creep
testing machines — Verification of the applied force
ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
reference length
L
r
base length used for the calculation of either percentage elongation or percentage extension
Note 1 to entry: Several different gauge lengths and reference lengths are specified in this document. These
lengths reflect custom and practice used in different laboratories throughout the world. In some cases, the
lengths are physically marked on the test piece as lines or ridges; in other cases, the length can be a virtual
length based upon calculations to determine an appropriate length to be used for the determination of creep
elongation. For some test pieces, L , L and L are the same length.
r o e
Note 2 to entry: A method to calculate this value is given in 7.5.
3.2
original gauge length
L
o
length between gauge length marks on the test piece measured at ambient temperature before the test
Note 1 to entry: In general, L ≥ 5D.
o
3.3
extensometer gauge length
L
e
distance between the measuring points of the extensometer
3.4
parallel length
L
c
length of the parallel reduced section of the test piece
3.5
final gauge length after fracture
L
u
length between gauge length marks on the test piece measured after fracture, at ambient temperature,
with the pieces carefully fitted back together with their axes in a straight line
3.6
original cross-sectional area
S
o
cross-sectional area of the parallel length as determined at ambient temperature prior to testing
3.7
minimum cross-sectional area after fracture
S
u
minimum cross-sectional area of the parallel length as determined at ambient temperature after
fracture, with the pieces carefully fitted back together with their axes in a straight line
3.8
initial stress
R
o
applied force divided by the original cross-section area, S , of the test piece
o
3.9
extension
ΔL
et
increase of extensometer gauge length, L , at time t and at test temperature
e
Note 1 to entry: “Extension” is used for uninterrupted creep test with continuous measurement of the increase of
the length of the test piece by using an extensometer.
Note 2 to entry: For further information, see 6.2.
3.10
elongation
ΔL
ot
increase of original gauge length, L , at time t
o
Note 1 to entry: “Elongation” is mainly used for interrupted creep test with the manual measurement of the
increase of the length of the test piece.
Note 2 to entry: For further information, see 6.2.
3.11
percentage extension
e
extension at test temperature expressed as a percentage of the reference length, L , as given in
r
Formula (1)
ΔL
et
e=×100 (1)
L
r
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.12
percentage elongation
A
elongation expressed as a percentage of the reference length, L , as given in Formula (2)
r
ΔL
ot
A=×100 (2)
L
r
3.13
percentage elastic extension
e
e
extension at test temperature expressed as a percentage of the reference length, L , which is proportional
r
to the initial stress, R
o
Note 1 to entry: This value can be calculated from the stress/percentage extension values during loading. See
8.4.2.
Note 2 to entry: See Figure 1.
3.14
percentage initial total extension
e
ti
extension at test temperature expressed as a percentage of the reference length, L , at end of loading
r
with the initial stress, R
o
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.15
percentage initial plastic extension
e
i
extension at end of loading and at test temperature with the initial stress, R , expressed as a percentage
o
of the reference length, L , and determined as the difference between the percentage initial total
r
extension, e , and the percentage elastic extension, e , as given in Formula (3)
ti e
e = e − e (3)
i ti e
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: This value represents the plastic extension during the loading phase.
3.16
percentage total extension
e
t
extension at the test force at time t and at test temperature, expressed as a percentage of the reference
length, L
r
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.17
percentage plastic extension
e
p
extension at time t and at test temperature determined as the difference between the percentage total
extension, e , and the percentage elastic extension, e , expressed as a percentage of the reference length,
t e
L , as given in Formula (4)
r
e = e − e (4)
p t e
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.18
percentage total ultimate extension
e
u
total extension at rupture and at test temperature, expressed as a percentage of the reference length, L
r
3.19
percentage creep extension
e
f
extension, determined under full test force and at test temperature, as the difference between the
percentage plastic extension, e , and the percentage initial plastic extension, e , expressed as a
p i
percentage of the reference length, L , as given in Formula (5)
r
e = e − e (5)
f p i
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: Suffix f originates from “fluage”, “creep” in French.
3.20
percentage anelastic extension
e
k
negative extension at end of unloading at test temperature, expressed as a percentage of the reference
length, L
r
Note 1 to entry: See Figure 1 and 8.4.
3.21
percentage permanent extension
e
per
extension at end of unloading and at test temperature determined as the difference between the
percentage total extension, e , and the sum of percentage elastic extension, e , plus the percentage
t e
anelastic extension, e , expressed as a percentage of the reference length, L , as given in Formula (6)
k r
e = e – (e + e) (6)
per t e k
Note 1 to entry: In the case of e ≈ 0, the following relationship may be used: e ≈ e .
k per p
Note 2 to entry: See Figure 1.
3.22
percentage permanent elongation
A
per
elongation expressed as a percentage of the reference length, L , at end of unloading and at room
r
temperature
3.23
percentage elongation after creep fracture
A
u
permanent elongation after fracture, L − L , expressed as a percentage of the reference length, L , as
u o r
given in Formula (7)
LL−
uo
A = ×100 (7)
u
L
r
Note 1 to entry: A may have the specified temperature, T, in degrees Celsius as superscript and the initial stress,
u
R , in megapascal as subscript; see the example in Table 1.
o
3.24
percentage reduction of area after creep fracture
Z
u
maximum change in cross-sectional area measured after fracture, S − S , expressed as a percentage of
o u
the original cross-sectional area, S , as given in Formula (8)
o
SS−
ou
Z = ×100 (8)
u
S
o
Note 1 to entry: Z may have the specified temperature, T, in degrees Celsius as superscript and the initial stress,
u
R , in megapascal as subscript; see the example in Table 1.
o
3.25
creep extension time
t
fx
time required for a strained test piece to obtain a specified percentage creep extension, x, at the
specified temperature, T, and the initial stress, R
o
EXAMPLE t
f0,2
3.26
plastic extension time
t
px
time required to obtain a specified percentage plastic extension, x, at the specified temperature, T, and
the initial stress, R
o
Note 1 to entry: An example for t is given in Figure E.2 a) (t = 100 000 h corresponds to e = 1 % at
p1 p1 p
R = 120 MPa).
o
3.27
creep rupture time
t
u
time to rupture for a test piece maintained at the specified temperature, T, and the initial stress, R
o
Note 1 to entry: The symbol t can have as superscript the specified temperature, T, in degrees Celsius and as
u
subscript the initial stress, R , in megapascal; see the example in Table 1.
o
3.28
single test piece machine
testing machine that permits straining of a single test piece
3.29
multiple test piece machine
testing machine that permits straining of more than one test piece simultaneously at the same
temperature
4 Symbols and designations
The symbols and corresponding designations are given in Table 1.
Table 1 — Symbols and designations
a
Symbol Unit Designation
a mm Thickness of a test piece of square or rectangular cross-section [see Figure 2 b)]
A % Percentage permanent elongation
per
NOTE As an example, the symbol can be completed as follows:
A : percentage permanent elongation with an initial stress of 50 MPa
per 50/5000
after 5 000 h at the specified temperature of 375 °C.
A % Percentage elongation after creep fracture [see Formula (7)]
u
NOTE As an example, the symbol can be completed as follows:
A : percentage elongation after creep fracture with an initial stress of
u 50
50 MPa at the specified temperature of 375 °C.
b mm Width of the cross-section of the parallel length of a test piece of square or rec-
tangular cross-section
D mm Diameter of gauge length of a cylindrical test piece
d mm Diameter of gauge length without a notch in a combined notched/unnotched
test piece (see Figure C.1)
D mm Diameter of gauge length containing a notch
n
d mm Diameter across root of circumferential notch
n
For a combined notched/unnotched test piece d = d
n
e % Percentage extension
e % Percentage elastic extension
e
e % Percentage creep extension [see Formula (5)]
f
NOTE As an example, the symbol can be completed as follows:
e percentage creep extension with an initial stress of 50 MPa after
f 50/5000
5 000 h at the specified temperature of 375 °C.
e % Percentage creep extension at creep rupture time
fu
e % Percentage initial plastic extension
i
e % Percentage anelastic extension
k
e % Percentage plastic extension
p
e % Percentage permanent extension
per
e % Percentage plastic extension at creep rupture time
pu
e % Percentage total extension
t
e % Percentage initial total extension
ti
e % Percentage total extension at creep rupture time
u
L mm Parallel length
c
a
The main subscripts (r, o and u) of the symbols are used as follows:
r corresponds to reference;
o corresponds to original;
u corresponds to ultimate (after rupture).
NOTE 1 Index t can have different meanings, e.g. time, total or transition
NOTE 2 For the purposes of creep testing in this document, the terms "fracture" and "rupture" are interchangeable and
are used to describe when a test piece breaks.
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
a
Symbol Unit Designation
L mm Extensometer gauge length
e
ΔL mm Extension
et
L mm Parallel gauge length containing a notch
n
L mm Original gauge length
o
ΔL mm Elongation
ot
L mm Reference length
r
L mm Final gauge length after fracture
u
n - Norton creep exponent
r mm Notch root radius
n
R MPa Initial stress
o
r mm Transition radius
t
S mm Original cross-sectional area of the parallel length
o
S mm Minimum cross-sectional area after fracture
u
t h Elapsed time from end of loading
T °C Specified temperature
T °C Corrected measured temperature
c
t h Creep extension time
fx
t h Plastic extension time
px
t h Creep rupture time
u
NOTE As an example, the symbol can be completed as follows:
t : creep rupture time with an initial stress of 50 MPa at the specified
u 50
temperature of 375 °C.
t h Creep rupture time of a notched test piece
un
x % Specified percentage creep or plastic extension
Z % Percentage reduction of area after creep fracture [see Formula (8)]
u
NOTE As an example, the symbol can be completed as follows:
Z : percentage reduction of area after creep fracture with an initial stress
u 50
of 50 MPa at the specified temperature of 375 °C.
a
The main subscripts (r, o and u) of the symbols are used as follows:
r corresponds to reference;
o corresponds to original;
u corresponds to ultimate (after rupture).
NOTE 1 Index t can have different meanings, e.g. time, total or transition
NOTE 2 For the purposes of creep testing in this document, the terms "fracture" and "rupture" are interchangeable and
are used to describe when a test piece breaks.
5 Principle
The test consists of heating a test piece to the specified temperature and of straining it by means of
a constant tensile force or constant tensile stress (see Note) applied along its longitudinal axis for a
period of time to obtain any of the following:
— a specified creep extension (uninterrupted test) with continuous extension measurement;
— values of permanent elongation at suitable intervals throughout the test (interrupted test);
— the creep rupture time (uninterrupted and interrupted test).
NOTE “Constant stress” or ”true stress” means that the ratio of the force to the instantaneous cross-section
remains constant throughout the test. The results obtained with constant stress are generally different from
[2]
those obtained with constant force .
6 Apparatus
6.1 Testing machine
The testing machine shall apply a force along the axis of the test piece while keeping inadvertent bending
or torsion of the test piece to a minimum. Prior to test, the machine should be visually examined to
ensure that loading bars, grips, universal joints and associated equipment are in a good state of repair.
The force shall be applied to the test piece without shock.
The machine should be isolated from external vibration and shock. The machine should be equipped
with a device which minimizes shock when the test piece fractures.
The machine shall be verified and shall meet the requirements of at least class 1 in ISO 7500-2.
6.2 Extension and elongation measuring devices
6.2.1 Extension measuring device
In uninterrupted tests, the extension shall be measured using an extensometer which meets the
performance requirements of class 1 or better of ISO 9513 or by other means which ensure the same
accuracy without interruption of the test. The extensometer can either be directly attached to the test
piece or be non-contacting (e.g. a non-contacting optical or laser extensometer).
It is recommended that the extensometer be calibrated over an appropriate range based upon the
expected creep strain.
The extensometer shall be calibrated at intervals not exceeding 3 years, unless the test duration
is longer than 3 years. If the predicted test duration exceeds the date of the expiry of the calibration
certificate, then the extensometer shall be recalibrated prior to commencement of the creep test.
The extensometer gauge length shall not be less than 10 mm.
The extensometer shall be capable of measuring extension of one side of the test piece or, preferably, on
opposite sides of the test piece.
The type of extensometer used (e.g. single-sided, double-sided, axial, diametral) should be reported.
When the extension is measured on the opposite sides, the average extension should be reported.
When the extension is measured with an extensometer attached to the grip ends of the test piece, the
ends shall be of such shape and size that it can be assumed that the observed extension has occurred
completely within the reference length of the test piece. Percentage creep extension is measured over
L .
r
A gauge length as long as possible should be used to improve the accuracy of measurements.
Care should be taken to avoid spurious negative creep when using nickel base alloy extensometers. See
[3]
the Code of Practice .
For low creep strain measurements, e.g. ≤1 % strain, on test pieces with short gauge lengths, careful
consideration should be given to ensure that the measuring device used has sufficient resolution and
accuracy over the range of use.
NOTE 1 Information on the long-term stability of transducers used for creep testing and accreditation issues
is given in References [4] and [5].
NOTE 2 No extensometer is required if only the percentage elongation after creep fracture or the percentage
creep elongation for a specified test duration is determined.
6.2.2 Elongation measuring device
In interrupted tests, periodically unload the test piece, cool it to ambient temperature and measure the
permanent elongation on the gauge length with an appropriate device. The precision of this device shall
be 0,01 ΔL or 0,01 mm, whichever is the greater. After this measurement, the test piece may be first
r
reheated and then reloaded.
6.3 Heating device, temperature measuring equipment and calibration
6.3.1 Permissible temperature deviations
The heating device shall heat the test piece to the specified temperature, T. The permitted deviations
between the corrected measured temperature, T , and the specified temperature, T, and the permitted
c
maximum temperature variation along the test piece shall be as given in Table 2.
Table 2 — Permitted deviations between T and T and maximum permissible temperature
c
variation along the test piece
Specified temperature Permitted deviation between Maximum permissible temperature
T T and T variation along the test piece
c
°C °C °C
T ≤ 600 ±3 3
600 < T ≤ 800 ±4 4
800 < T ≤ 1 000 ±5 5
1 000 < T ≤ 1 100 ±6 6
For specified temperatures greater than 1 100 °C, the permitted values, including drift, shall be
specified by agreement between the parties concerned.
The corrected measured temperatures, T , are the temperatures measured at the surface of the parallel
c
length of the test piece, errors from all sources, including drift (see Annex A), being taken into account
and any systematic errors having been corrected.
It is permitted to carry out indirect measurement of the temperature of each heating zone of the furnace
provided that it is demonstrated that the tolerance specified above is fulfilled on the test piece instead
of measuring the temperature at the surface of each individual test piece.
If an extensometer is used, the parts of this instrument outside the furnace shall be designed and
protected in such a way that the temperature variations in the air around the furnace do not significantly
affect the measurements of the variations in length.
Variations in temperature of the air surrounding the test machine should not exceed ±3 °C.
In the interrupted test, the variation of the room temperature during all measurements of the gauge
length should not exceed ±2 °C. If this range is exceeded, corrections for ambient temperature variations
shall be applied.
6.3.2 Temperature measurement
6.3.2.1 General
The temperature indicator shall have a resolution of at least 0,5 °C. The temperature measuring
equipment shall have an accuracy equal to or better than ±1 °C.
For thermocouples, in the absence of measuring instruments with cold junction compensation, cold
junction temperatures, normally at 0 °C, shall be measured to within 0,5 °C.
Many laboratories maintain the cold junction above ambient temperature. Whatever its temperature,
it shall remain stable and appropriate compensation shall be applied to determine the temperature
measured by the thermocouple.
NOTE Information concerning drift of thermocouples is given in Annex A and methods of calibration of
thermocouples are given in Annex B.
For indirect methods of temperature measurement e.g. pyrometry, thermal cameras or resistivity
techniques, it shall be demonstrated that traceability is provided to the SI System of temperature
measurement and that the above criteria for accuracy and resolution can be achieved.
6.3.2.2 Calibration of the temperature measuring equipment
The calibration of the temperature measuring equipment (including the cable, the connection, the cold
junction, the indicator or the recorder, the data line, etc.) shall be carried out by a method traceable to
the international unit (SI) of temperature.
If practicable, this calibration should be carried out annually over the range of temperatures measured
by the equipment and the readings shall be given in the calibration report.
6.3.2.3 Single test piece machines
In single test piece machines, with thermocouples used for temperature measurement, at least two
thermocouples should be used for test pieces with a parallel length less than or equal to 50 mm. For test
pieces with a parallel length greater than 50 mm, at least three thermocouples should be used. In all
cases, a thermocouple should be placed at each end of the parallel length and, if a third thermocouple is
used, it should be placed in the middle region of the parallel length.
The number of thermocouples may be reduced to one if it can be demonstrated that the conditions
of the furnace and the test piece are such that the variation of temperature of the test piece does not
exceed the values specified in 6.3.1.
6.3.2.4 Multiple test piece machines
In multiple test piece machines, with thermocouples used for temperature measurement, at least one
thermocouple should be used for each test piece. If only one thermocouple is used, it shall be positioned
at the middle of the parallel length. Three thermocouples may only be used if located at appropriate
positions within the furnace, and if there is supporting data to demonstrate that for all test pieces the
temperature conforms to the requirements of 6.3.1.
In the case of indirect temperature measurement, regular control measurements are required to
determine differences between the thermocouple(s) of each heating zone and a significant number of
test pieces within a given zone. The non-systematic components of the temperature differences shall
not exceed ±2 °C up to 800 °C and ±3 °C above 800 °C.
6.3.2.5 Notched test pieces
Temperature measurement of notched test pieces shall be in accordance with either 6.3.2.3 or 6.3.2.4. It
is recommended that one thermocouple be placed close to the notch.
NOTE Details about testing notched test pieces are given in Annex C.
6.3.3 Thermocouples
The thermocouple junctions shall make good thermal contact with the surface of the test piece and
shall be screened from direct radiation from the heating source. The remaining portions of the wires
within the furnace shall be thermally shielded and electrically insulated.
Precautions shall be taken to minimize contamination and physical damage of thermocouples.
Insulators and/or insulation shall be maintained in a clean state to also minimise contamination and
prevent conduction.
[6]
Information concerning different types of thermocouples is given in IEC 60584-1 .
The use of rare metal thermocouples, preferentially of type S or R, is recommended for temperatures
[7]
equal to or greater than 400 °C .
Base metal thermocouples of type K should only be used either for temperatures lower than 400 °C
or for times less than 1 000 h at higher temperatures and should not be re-used without cutting back
exposed wire and re-calibrating.
Base metal thermocouples of type N may be used either for temperatures lower than 600 °C or for
times less than 3 000 h at higher temperatures and should not be re-used. The use of type N base metal
[7]
thermocouples is not permitted at temperatures above 760 °C .
Where the drift exceeds the following values within the calibration period, either more frequent
calibrations should be carried out or a correction be applied to the temperature indicated by the
thermocouple. See Annex A and References [8], [9], [10], [11] and [12].
— ±1 °C for T ≤ 600 °C;
— ±1,5 °C for 600 °C < T ≤ 800 °C;
— ±2 °C for 800 °C < T ≤ 1 100 °C.
Records of drift shall be recorded and available on request.
NOTE 1 Thermocouple drift is dependent on the type of thermocouple used and the exposure duration at
temperature; see Annex A.
[13]
NOTE 2 Reference can be made to ASTM E633 .
NOTE 3 This clause is not applicable in the case of indirect temperature measurement.
NOTE 4 Other types of thermocouples are available but their suitability will be demonstrated.
6.3.4 Calibration of the thermocouples
NOTE 1 Further information relating to thermocouples calibration is given in Annex B.
The calibration period for rare metal thermocouples in repeated use for short duration tests (typically
500 h or less) shall not exceed 13 months. Otherwise the period for calibration shall be as follows:
— 4 years for T ≤ 600 °C;
— 2 years for 600 °C < T ≤ 800 °C;
— 1 year for T > 800 °C.
The re-use of base metal thermocouples is not permitted without re-calibration after each test unless
experience has shown that errors due to drift do not exceed the limits in 6.3.3 for the test conditions in
question, in which case they may be calibrated at intervals not exceeding 500 h use.
If the test duration exceeds the above calibration periods, the thermocouple shall be calibrated upon
completion of the test.
It shall be demonstrated that the error of the thermocouple used has been established at the test
temperature or is typical for a range containing the test temperature. Thermocouples showing errors
in excess of 1 °C may be used provided the appropriate corrections are made.
If a thermocouple is rewelded, the thermocouple shall be recalibrated before use.
Base metal thermocouples can be cut back removing any exposed wire and should be re-calibrated
before use.
7 Test pieces
7.1 Shape and dimensions
7.1.1 Shape and dimension of smooth test pieces
Normally test pieces with circular cross-sections shall be used; see Figure 2.
In general, the smooth (unnotched) test piece is a machined proportional cylindrical test piece
(L = k√S ) with a circular cross-section (see Figure 2). The value k should be equal to or greater than
r o
5,65 (i.e. L ≥ 5D). The value used shall be recorded in the test report.
r
In special cases, the cross-section of the test piece may be square, rectangular or of some other shape.
For these specific test pieces, the provisions specified for cylindrical test pieces with a circular cross
section shall be applied.
In general, L should not exceed L by more than 10 % for circular test pieces, or by more than 15 % for
r c
square or rectangular test pieces.
The parallel length shall be joined by transition curves to the gripped ends, which may be of any shape
to suit the grips of the testing machine. The transition radius (r ) should be between 0,25D and 1D for
t
the cylindrical test pieces, or 0,25b and 1b in the case of rectangular or square test pieces.
NOTE However, in some cases, especially for brittle materials, it is proven to be advantageous to use a
transition radius greater than 1D to prevent fracture near the transition radius or in the grip end.
Unless the sample size does not permit it, the original cross-sectional area (S ) shall be greater than or
o
equal to 7 mm .
When a test piece having extensometer attachment ridges (collars) in the parallel length is used,
the transition radius of the collars may be less than 0,25d. This transition radius should be selected
to minimize the effect of collars on the deformation within the gauge length and there should be no
evidence of undercut when inspected. For test pieces with collars, the diameter between the collar and
the grip end may be up to 10 % larger than the diameter of the original gauge length; this should ensure
that fracture will occur within the gauge length.
The grip ends of test pieces shall have the same axis as the parallel length with a coaxiality tolerance of:
— 0,005D or 0,03 mm, whichever is greater, for cylindrical test pieces;
— 0,005b or 0,03 mm, whichever is greater, for rectangular or square test pieces.
When oxidation is a significant factor, test pieces with a larger original cross-sectional area (S ) should
o
be used.
The original reference length shall be determined to a measurement uncertainty of ±1 %. The final
reference length should be determined to a measurement uncertainty of ±1 %.
7.1.2 Shape and dimension of notched test pieces
When a notched test piece is used, the geometry and the position of this notch shall be specified by
agreement and with reference to Ann
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 204
Quatrième édition
2023-07
Matériaux métalliques — Essai de
fluage uniaxial en traction — Méthode
d'essai
Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension — Method of
test
Numéro de référence
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et désignations .6
5 Principe. 8
6 Appareillage . 8
6.1 Machine d’essai . 8
6.2 Dispositif de mesure d’extension et d’allongement. 8
6.2.1 Dispositif de mesure d’extension . 8
6.2.2 Dispositif de mesure d’allongement . 9
6.3 Dispositif de chauffage, équipement de mesure de la température et étalonnage . 9
6.3.1 Écarts de température admissibles . 9
6.3.2 Mesurage de la température . 10
6.3.3 Thermocouples . 11
6.3.4 Étalonnage des thermocouples .12
7 Éprouvettes.12
7.1 Forme et dimensions .12
7.1.1 Forme et dimensions des éprouvettes lisses .12
7.1.2 Forme et dimensions des éprouvettes entaillées .13
7.2 Préparation . 13
7.3 Détermination de l’aire initiale de la section transversale . 14
7.4 Marquage de la longueur initiale entre repères, L . 14
o
7.5 Détermination de la longueur de référence, L . 14
r
8 Mode opératoire .16
8.1 Chauffage de l’éprouvette . 16
8.2 Application de la force d’essai . 16
8.3 Interruptions de l’essai. 16
8.3.1 Interruptions planifiées de l’essai. 16
8.3.2 Machine à éprouvettes multiples avec plusieurs éprouvettes en ligne . 16
8.3.3 Essai combiné . 16
8.3.4 Interruption accidentelle de l’essai . 17
8.4 Relevé de température et d’allongement ou d’extension . 17
8.4.1 Température . 17
8.4.2 Allongement et extension . 17
8.4.3 Courbe d’allongement ou d’extension en fonction du temps . 17
9 Détermination des résultats .18
10 Validité d’essai .18
11 Exactitude des résultats .18
11.1 Expression des résultats . . 18
11.2 Incertitude finale . 18
12 Rapport d’essai .18
Annexe A (informative) Informations relatives à la dérive des thermocouples.24
Annexe B (informative) Informations relatives aux méthodes d’étalonnage des
thermocouples.27
Annexe C (normative) Essais de fluage sur éprouvettes avec entaille en V ou entaille
circonférentielle émoussée .28
iii
Annexe D (informative) Méthode d’estimation de l’incertitude de mesure conformément
au Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM) .31
Annexe E (informative) Présentation des résultats et extrapolation graphique .38
Bibliographie .47
iv
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 document 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, 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'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC) voir www.iso.org/iso/fr/foreword.html.
Le présent document a été préparé par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 1, Essais uniaxiaux, en collaboration avec le (CEN) Comité technique du Comité européen
de normalisation CEN/TC 459/SC 1, Méthodes d'essai pour l'acier (autres que l'analyse chimique),
conformément à l'accord sur la coopération technique entre l'ISO et le CEN (accord de Vienne).
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 204:2018), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— la Figure 1 a été corrigée;
— les symboles ont été révisés;
— les formules du Tableau 1 ont été supprimées;
— l'annexe informative relative à la représentation des normes compatibles avec les ordinateurs a été
supprimée;
— la bibliographie a été mise à jour.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
Le fluage est le phénomène présenté par les matériaux qui se déforment lentement lorsqu’ils sont
soumis à un chargement à température élevée. Le présent document traite de la méthode utilisée pour
mesurer ce comportement.
Des annexes sont incluses pour le mesurage de la température au moyen de thermocouples et leur
étalonnage, les éprouvettes pour essais de fluage avec des entailles circonférentielles en V ou des
entailles émoussées (Bridgman), l’estimation de l’incertitude de mesure, les méthodes d’extrapolation
de la durée de vie jusqu’à rupture par fluage.
Des informations sont toujours recherchées en ce qui concerne l’influence d’un chargement non axial ou
d’une flexion sur les caractéristiques de fluage de différents matériaux. En fonction de la disponibilité
future de données quantitatives, on pourrait examiner la question de savoir s’il convient de spécifier la
flexion maximale et de recommander un mode opératoire d’étalonnage approprié. Il sera nécessaire de
[1]
fonder la décision sur des données quantitatives disponibles .
Le présent document intègre de nombreuses recommandations élaborées par European Creep
Collaborative Committee (ECCC).
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 204:2023(F)
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en
traction — Méthode d'essai
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les méthodes pour:
a) les essais de fluage ininterrompu avec surveillance continue de l’extension;
b) les essais de fluage interrompus avec mesurage périodique de l’allongement;
c) les essais de rupture sous contrainte lorsque seul le temps jusqu’à la rupture est normalement
mesuré;
d) un essai pour vérifier qu’un temps prédéterminé peut être dépassé sous une force donnée, sans que
l’allongement ou l’extension n’ait été nécessairement rapporté.
NOTE Un essai de fluage peut se poursuivre jusqu’à la rupture effective ou peut être arrêté avant la rupture.
2 Références normatives
Les documents suivants sont référencés dans le texte de sorte qu'une partie ou la totalité de leur
contenu constitue les 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 6892-1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d'essai à température ambiante
ISO 6892-2, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 2: Méthode d'essai à température élevée
ISO 7500-2, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie
2: Machines d'essai de fluage en traction — Vérification de la force appliquée
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques utilisées lors d'essais
uniaxiaux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC maintiennent des bases de données terminologiques pour utilisation dans le domaine de la
normalisation aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à https:// www .electropedia .org/
3.1
longueur de référence
L
r
longueur de base utilisée pour les calculs du pourcentage d’allongement ou du pourcentage d’extension
Note 1 à l'article: Plusieurs longueurs entre repères et longueurs de référence différentes sont spécifiées dans
le présent document. Ces longueurs reflètent les coutumes et pratiques utilisées dans différents laboratoires à
travers le monde. Dans certains cas, les longueurs sont physiquement marquées sur l'éprouvette sous forme de
lignes ou de collerettes; dans d'autres cas, la longueur peut être une longueur virtuelle basée sur des calculs pour
déterminer une longueur appropriée à utiliser pour la détermination de l'allongement par fluage. Pour certaines
éprouvettes, L , L et L ont la même longueur.
r o e
Note 2 à l'article: Une méthode de calcul de cette valeur est indiquée en 7.5.
3.2
longueur initiale entre repères
L
o
longueur entre des repères portés sur l’éprouvette, mesurée à la température ambiante avant l’essai
Note 1 à l'article: En général, L ≥ 5D.
o
3.3
longueur de base de l’extensomètre
L
e
distance entre les points de mesure de l’extensomètre
3.4
longueur calibrée
L
c
longueur de la partie calibrée de section réduite de l’éprouvette
3.5
longueur ultime entre repères après rupture
L
u
longueur entre des repères portés sur l’éprouvette, mesurée à la température ambiante après rupture,
les fragments étant soigneusement rapprochés pour que leurs axes soient dans le prolongement l’un de
l’autre
3.6
aire initiale de la section transversale
S
o
aire de la section transversale de la longueur calibrée déterminée à la température ambiante avant
essai
3.7
aire minimale de la section transversale après rupture
S
u
aire minimale de la section transversale de la longueur calibrée déterminée à la température ambiante
après rupture, les fragments étant soigneusement rapprochés pour que leurs axes soient dans le
prolongement l’un de l’autre
3.8
contrainte initiale
R
o
force appliquée divisée par l’aire initiale de la section transversale S de l’éprouvette
o
3.9
extension
ΔL
et
accroissement de la longueur de base de l’extensomètre, L , à l’instant t et à la température d’essai
e
Note 1 à l'article: Le terme “Extension” est utilisé pour les essais de fluage ininterrompus avec mesure continue
de l'augmentation de la longueur de l'éprouvette à l'aide d'un extensomètre.
Note 2 à l'article: Pour obtenir des informations complémentaires, voir 6.2.
3.10
allongement
ΔL
ot
accroissement de la longueur initiale entre repères, L , à l’instant t
o
Note 1 à l'article: Le terme “Allongement” est principalement utilisée pour les essais de fluage interrompus avec
la mesure manuelle de l'augmentation de la longueur de l'éprouvette.
Note 2 à l'article: Pour obtenir des informations complémentaires, voir 6.2.
3.11
pourcentage d’extension
e
extension à la température d’essai, exprimée en pourcentage de la longueur de référence, L , comme
r
exprimé dans la Formule (1)
ΔL
et
e=×100 (1)
L
r
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.12
pourcentage d’allongement
A
allongement exprimé en pourcentage de la longueur de référence L comme exprimé dans la Formule (2)
r,
ΔL
ot
A=×100 (2)
L
r
3.13
pourcentage d’extension élastique
e
e
extension à la température d’essai, exprimée en pourcentage de la longueur de référence, L , qui est
r
proportionnelle à la contrainte initiale, R
o
Note 1 à l'article: Cette valeur peut être calculée à partir des valeurs de contrainte/pourcentage d’extension
pendant le chargement. Voir 8.4.2.
Note 2 à l'article: Voir Figure 1.
3.14
pourcentage d’extension totale initiale
e
ti
extension à la température d’essai, exprimée en pourcentage de la longueur de référence, L , à la fin du
r
chargement avec la contrainte initiale, R
o
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.15
pourcentage d’extension plastique initiale
e
i
extension à la fin du chargement et à la température d’essai avec la contrainte initiale, R , exprimée
o
en pourcentage de la longueur de référence, L , et correspondant à la différence entre le pourcentage
r
d’extension totale initiale, e , et le pourcentage d’extension élastique, e , comme exprimé dans la
ti e
Formule (3)
e = e − e (3)
i ti e
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: Cette valeur représente l’extension plastique pendant la phase de chargement.
3.16
pourcentage d’extension totale
e
t
extension à la force d’essai exercée à l’instant t et à la température d’essai, exprimée en pourcentage de
la longueur de référence, L
r
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.17
pourcentage d’extension plastique
e
p
extension à l’instant t et à la température d’essai, correspondant à la différence entre le pourcentage
d’extension totale, e , et le pourcentage d’extension élastique, e , exprimée en pourcentage de la
t e
longueur de référence, L , comme exprimé dans la Formule (4)
r
e = e - e (4)
p t e
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
3.18
pourcentage d’extension ultime totale par fluage
e
u
extension totale à la rupture et à la température d’essai, exprimée en pourcentage de la longueur de
référence, L
r
3.19
pourcentage d’extension par fluage
e
f
extension déterminé sous pleine force d'essai et à la température d’essai, correspondant à la différence
entre le pourcentage d’extension plastique, e , et le pourcentage d’extension plastique initiale, e ,
p i
exprimée en pourcentage de la longueur de référence, L , comme exprimé dans la Formule (5)
r
e = e - e (5)
f p i
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Note 2 à l'article: L’indice f correspond au «fluage».
3.20
pourcentage d’extension anélastique
e
k
extension négative à la fin du déchargement et à la température d’essai, exprimée en pourcentage de la
longueur de référence, L
r
Note 1 à l'article: Voir Figure 1 et 8.4.
3.21
pourcentage d’extension rémanente
e
per
extension à la fin du déchargement et à la température d’essai, correspondant à la différence entre
le pourcentage d’extension totale, e , et la somme du pourcentage d’extension élastique, e , et du
t e
pourcentage d’extension anélastique, e , exprimée en pourcentage de la longueur de référence, L ,
k r
comme exprimé dans la Formule (6)
e = e – (e + e) (6)
per t e k
Note 1 à l'article: Dans le cas où e ≈ 0, la relation suivante peut être utilisée: e ≈ e .
k per p
Note 2 à l'article: Voir Figure 1.
3.22
pourcentage d’allongement rémanent
A
per
allongement exprimé en pourcentage de la longueur de référence, L , à la fin du déchargement et à la
r
température ambiante
3.23
pourcentage d’allongement après rupture par fluage
A
u
allongement rémanent après la rupture, L − L , exprimé en pourcentage de la longueur de référence, L ,
u o r
comme exprimé dans la Formule (7)
LL−
uo
A = ×100 (7)
u
L
r
Note 1 à l'article: A peut comporter en exposant la température spécifiée T, en degrés Celsius, et en indice la
u
contrainte initiale R en mégapascal; voir l’exemple dans le Tableau 1.
o
3.24
coefficient de striction après rupture par fluage
Z
u
variation maximale de l’aire de la section transversale mesurée après rupture, S − S , exprimée en
o u
pourcentage de l’aire initiale de la section transversale, S , comme exprimé dans la Formule (8)
o
SS−
ou
Z = ×100 (8)
u
S
o
Note 1 à l'article: Z peut comporter en exposant la température spécifiée, T, en degrés Celsius, et en indice la
u
contrainte initiale, R , en mégapascal. Voir l’exemple dans le Tableau 1.
o
3.25
temps d’extension par fluage
t
fx
temps nécessaire pour qu’une éprouvette soumise à déformation atteigne un pourcentage d’extension
par fluage spécifié, x, à la température spécifiée, T, et pour la contrainte initiale, R
o
EXEMPLE t
f0,2
3.26
temps d’extension plastique
t
px
temps nécessaire pour obtenir un pourcentage d’extension plastique spécifié, x, à la température
spécifiée, T, et pour la contrainte initiale, R
o
Note 1 à l'article: Un exemple pour t est donné à la Figure E.2 a) (t 100 000 h correspond à e = 1 % à
p1 p1 = p
R = 120 MPa).
o
3.27
temps de rupture par fluage
t
u
temps jusqu’à la rupture d’une éprouvette maintenue à la température spécifiée, T, et à la contrainte
initiale, R
o
Note 1 à l'article: Le symbole t peut comporter en exposant la température spécifiée, T, en degrés Celsius, et en
u
indice la contrainte initiale, R , en mégapascal; voir l’exemple dans le Tableau 1.
o
3.28
machine à éprouvette unique
machine d’essai permettant de solliciter une seule éprouvette
3.29
machine à éprouvettes multiples
machine d’essai permettant de solliciter simultanément plusieurs éprouvettes à la même température
4 Symboles et désignations
Les symboles et les désignations correspondantes sont donnés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et désignations
a
Symbole Unité Désignation
a mm Épaisseur d'une pièce d'essai de section carrée ou rectangulaire [voir Figure 2 b)].
A % Pourcentage d'allongement permanent
per
NOTE À titre d'exemple, le symbole peut être complété comme suit:
A : pourcentage d'allongement permanent pour une contrainte initiale de
per 50/5000
50 MPa après 5 000 h à la température spécifiée de 375°C.
A % Pourcentage d'allongement après rupture par fluage [voir Formule (7)]
u
NOTE À titre d'exemple, le symbole peut être complété comme suit:
A : pourcentage d'allongement après rupture par fluage avec une contrainte initiale
u 50
de 50 MPa à la température spécifiée de 375°C.
b mm Largeur de la section transversale de la longueur parallèle d'une éprouvette de section
carrée ou rectangulaire
D mm Diamètre de la longueur calibrée d’une éprouvette cylindrique
d mm Diamètre de la longueur de base sans entaille dans une éprouvette combinant une partie
entaillée et une partie non entaillée (voir Figure C.1)
D mm Diamètre de la longueur de la jauge contenant une encoche
n
d mm Diamètre à fond d’entaille pour une entaille circonférentielle
n
Pour une éprouvette combinant une partie entaillée et une partie non entaillée, d = d
n
e % Pourcentage d’extension
e % Pourcentage d’extension élastique
e
e % Pourcentage d’extension par fluage [Voir Formule (5)]
f
NOTE À titre d’exemple, le symbole peut être complété comme suit:
e : pourcentage d’extension par fluage pour une contrainte initiale de 50 MPa
f550/ 000
après 5 000 h à la température spécifiée de 375°C.
e % Pourcentage d’extension par fluage au temps de rupture par fluage
fu
e % Pourcentage d’extension plastique initiale
i
e % Pourcentage d’extension anélastique
k
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
a
Symbole Unité Désignation
e % Pourcentage d’extension plastique
p
e % Pourcentage d’extension rémanente
per
e % Pourcentage d’extension plastique au temps de rupture par fluage
pu
e % Poucentage d’extensioàn totale
t
e % Pourcentage de l'extension initiale totale
ti
e % Pourcentage d’extension totale au temps de rupture par fluage
u
L mm Longueur parallèle
c
L mm Longueur de la jauge de l'extensomètre
e
ΔL mm Extension
et
L mm Longueur du gabarit parallèle contenant une encoche
n
L mm Longueur de la jauge d'origine
ΔL mm Allongement
ot
L mm Longueur de référence
r
L mm Longueur finale de la jauge après rupture
u
n - Exposant de fluage de Norton
r mm Rayon de racine de l'entaille
n
R MPa Contrainte initiale
r mm Rayon de transition
t
S mm Section transversale originale de la longueur parallèle
S mm Surface minimale de la section transversale après fracture
u
t h Temps écoulé depuis la fin du chargement
T °C Température spécifiée
T °C Température mesurée corrigée
c
t h Temps d’extension par fluage
fx
t h Temps d’extension plastique
px
t h Temps de rupture par fluage
u
NOTE À titre d’exemple, le symbole peut être complété comme suit:
t : temps de rupture par fluage pour une contrainte initiale de 50 MPa à la tempéra-
u 50
ture spécifiée de 375°C.
t h Temps de rupture par fluage d’une éprouvette entaillée
un
x % Pourcentage de fluage ou d’extension plastique spécifié
Z % Pourcentage de réduction de la surface après rupture par fluage [voir Formule (8)]
u
NOTE À titre d'exemple, le symbole peut être complété comme suit:
Z : pourcentage de réduction de la surface après rupture par fluage avec une
u 50
contrainte initiale de 50 MPa à la température spécifiée de 375°C.
a
Les indices principaux (r, o et u) des symboles sont utilisés comme suit:
r correspond à référence;
o correspond à original;
u correspond à ultime (après rupture).
NOTE 1 L'indice t peut avoir différentes significations, par exemple temps, total ou transition
NOTE 2 Pour les besoins de l’essai de fluage du présent document, les termes «fracture» et «rupture» sont
interchangebles et sont utilisés pour décrire lorsqu’une éprouvette se sépare en deux parties.
5 Principe
L’essai consiste à chauffer une éprouvette à la température spécifiée et à la soumettre à déformation
en appliquant une force ou contrainte de traction constante (voir Note) suivant son axe longitudinal,
pendant un certain laps de temps, afin d’obtenir l’un des éléments suivants:
— une extension par fluage spécifiée (essai ininterrompu) avec un mesurage d’extension continu;
— des valeurs d’allongement rémanent pour des intervalles appropriés tout au long de l’essai (essai
interrompu);
— le temps de rupture par fluage (essais ininterrompu et interrompu).
NOTE Les termes «contrainte constante» et «contrainte vraie» sous-entendent que le rapport de la force
sur la section transversale instantanée reste constant tout au long de l’essai. Les résultats obtenus avec une
[2]
contrainte constante sont généralement différents de ceux obtenus avec une force constante .
6 Appareillage
6.1 Machine d’essai
La machine d’essai doit appliquer une force suivant l’axe de l’éprouvette en limitant les flexions ou
torsions parasites de l’éprouvette à leur minimum. Préalablement à l’essai, il convient de soumettre
la machine à un examen visuel pour s’assurer que les barres de chargement, les ancrages, les joints
universels et les équipements associés sont en bon état.
La force doit être appliquée à l’éprouvette sans choc.
Il convient d’isoler correctement la machine des vibrations et chocs extérieurs. Il convient d’équiper la
machine d’un dispositif qui réduit le plus possible le choc à la rupture de l’éprouvette.
La machine doit être vérifiée et doit satisfaire au moins aux exigences de la classe 1 de l’ISO 7500-2.
6.2 Dispositif de mesure d’extension et d’allongement
6.2.1 Dispositif de mesure d’extension
Pour les essais ininterrompus, l’extension doit être mesurée au moyen d’un extensomètre satisfaisant
aux exigences de performance de la classe 1 ou d’une classe supérieure de l’ISO 9513, ou par tout autre
moyen assurant la même exactitude sans interruption de l’essai. L’extensomètre peut être directement
fixé sur l’éprouvette ou être un extensomètre sans contact, par exemple de type optique ou à laser.
Il est recommandé d’étalonner l’extensomètre sur un intervalle approprié basé sur la déformation
escomptée en fluage.
L’extensomètre doit être étalonné à des intervalles ne dépassant pas 3 ans, à moins que la durée
d’essai soit supérieure à 3 ans. Si la durée prévue de l’essai dépasse la date d’expiration du certificat
d’étalonnage de l’extensomètre, un nouvel étalonnage doit alors être effectué avant le début de l’essai de
fluage.
La longueur de base de l’extensomètre ne doit pas être inférieure à 10 mm.
L’extensomètre doit être capable de mesurer l’extension sur une face ou, de préférence, sur deux faces
opposées de l’éprouvette.
Il convient de consigner dans le rapport d’essai le type d’extensomètre utilisé (par exemple mesurage
sur une ou deux faces, axial, diamétral). Lorsque l’extension est mesurée sur deux faces opposées, il
convient de consigner la valeur moyenne de l’extension dans le rapport d’essai.
Lorsque l’extension est mesurée avec un extensomètre fixé sur les têtes d’amarrage de l’éprouvette, la
forme et les dimensions de ces têtes doivent être choisies de manière à pouvoir considérer que la totalité
de l’extension observée s’est produite sur la longueur de référence de l’éprouvette. Le pourcentage
d’extension par fluage est mesuré sur L .
r
Il convient d’utiliser une longueur entre repères aussi grande que possible pour améliorer l’exactitude
des mesurages.
Il convient de prendre soin d'éviter tout faux fluage négatif lors de l'utilisation d'extensomètres en
[3]
alliage à base de nickel. Voir le Code de pratique .
Pour mesurer de faibles déformations en fluage, par exemple une déformation ≤ 1 %, sur des éprouvettes
ayant de courtes longueurs entre repères, il convient de veiller à ce que la résolution et la précision sur
l’étendue de la mesure du dispositif de mesure utilisé soient suffisantes.
NOTE 1 Des informations sur la stabilité à long terme des capteurs utilisés pour les essais de fluage et à des
fins d’accréditation sont données dans les Références [4] et [5].
NOTE 2 Il n'est pas nécessaire d'utiliser un extensomètre si l’essai est uniquement destiné à déterminer le
pourcentage d’allongement après rupture par fluage ou le pourcentage d’allongement par fluage sur une durée
spécifiée.
6.2.2 Dispositif de mesure d’allongement
Pour les essais interrompus, l’éprouvette doit être périodiquement déchargée, refroidie à la température
ambiante, puis son allongement rémanent doit être mesuré sur la longueur entre repères au moyen d’un
dispositif approprié. La fidélité de ce dispositif doit être de 0,01 ΔL ou 0,01 mm, la plus grande des
r
deux valeurs étant retenue. Après ce mesurage, l’éprouvette peut être d’abord réchauffée puis remise
en charge.
6.3 Dispositif de chauffage, équipement de mesure de la température et étalonnage
6.3.1 Écarts de température admissibles
Le dispositif de chauffage doit chauffer l’éprouvette à la température spécifiée, T. Les écarts admissibles
entre la température mesurée corrigée, T , et la température spécifiée, T, ainsi que le gradient de
c
température maximal admissible le long de l’éprouvette doivent être conformes aux indications du
Tableau 2.
Tableau 2 — Écarts admissibles entre T et T et gradient de température maximal admissible le
c
long de l’éprouvette
Température spécifiée Écart admissible entre
Gradient de température maximale
admissible le long de l’éprouvette
T T et T
c
°C
°C °C
T ≤ 600 ±3 3
600 < T ≤ 800 ±4 4
800 < T ≤ 1 000 ±5 5
1 000 < T ≤ 1 100 ±6 6
Pour les températures spécifiées supérieures à 1 100 °C, les valeurs admissibles, dérive incluse, doivent
être spécifiées par accord entre les parties concernées.
Les températures mesurées corrigées, T , sont les températures mesurées à la surface de la longueur
c
calibrée de l’éprouvette, les erreurs de toute nature, dérive incluse (voir l’Annexe A), étant prises en
compte et les erreurs systématiques ayant été corrigées.
Il est possible de réaliser un mesurage indirect de la température de chaque zone de chauffage du four,
sous réserve de démontrer que la tolérance spécifiée ci-dessus soit respectée sur l’éprouvette au lieu de
mesurer la température à la surface de chaque éprouvette individuelle.
En cas d’utilisation d’un extensomètre, les parties de cet instrument en dehors du four doivent être
conçues et protégées de sorte que les variations de température de l’air aux alentours du four n’affectent
pas significativement les mesurages des variations de longueur.
Il convient que les variations de température de l’air aux alentours de la machine d’essai ne dépassent
pas ± 3 °C.
Pour les essais interrompus, il convient que la variation de la température ambiante pendant tous
les mesurages de la longueur entre repères ne dépasse pas ± 2 °C. Si cet intervalle est dépassé, des
corrections pour les variations de la température ambiante doivent être appliquées.
6.3.2 Mesurage de la température
6.3.2.1 Généralités
L’indicateur de température doit offrir une résolution d’au moins 0,5 °C. L’équipement de mesure de
température doit avoir une exactitude égale à ± 1 °C, ou meilleure.
Pour les thermocouples, en l’absence d’instruments de mesure avec compensation de la jonction froide,
les températures de cette jonction froide, normalement à 0 °C, doivent être mesurées à 0,5 °C près.
Bon nombre de laboratoires maintiennent la jonction froide au-dessus de la température ambiante.
Quelle que soit sa température, elle doit rester stable et une compensation adaptée doit être appliquée
pour déterminer la température mesurée par le thermocouple.
NOTE L’Annexe A fournit des informations sur la dérive des thermocouples et l’Annexe B décrit des méthodes
d’étalonnage des thermocouples.
Pour les méthodes de mesure indirecte de la température (pyrométrie, caméras thermiques ou
techniques de résistivité, par exemple), il doit être démontré que la traçabilité à un système d’unités
internationales de mesure de température est assurée et que les critères d’exactitude et de résolution
énoncés ci-dessus peuvent être respectés.
6.3.2.2 Étalonnage de l’équipement de mesure de la température
L’étalonnage de l’équipement de mesure de la température (y compris le câble, la connexion, la jonction
froide, l’indicateur ou l’enregistreur, la chaîne d’acquisition de données, etc.) doit être effectué par une
méthode raccordée à l’unité internationale (SI) de température.
Si cela est faisable, il convient d’effectuer cet étalonnage annuellement sur l’intervalle des températures
mesurées par l’équipement et les lectures doivent être indiquées dans le rapport d’étalonnage.
6.3.2.3 Machines à éprouvette unique
Pour les machines à éprouvette unique équipées de thermocouples pour le mesurage de la température,
il convient d’utiliser au moins deux thermocouples pour les éprouvettes de longueur calibrée inférieure
ou égale à 50 mm. Pour les éprouvettes de longueur calibrée supérieure à 50 mm, il convient d’utiliser au
moins trois thermocouples. Dans tous les cas, il convient de placer un thermocouple à chaque extrémité
de la longueur calibrée et, si un troisième thermocouple est utilisé, il convient de le placer au milieu de
la longueur calibrée.
Le nombre de thermocouples peut être réduit à un s’il peut être démontré que les états du four et de
l’éprouvette sont tels que la variation de la température de l’éprouvette ne dépasse pas les valeurs
spécifiées en 6.3.1.
6.3.2.4 Machines à éprouvettes multiples
Pour les machines à éprouvettes multiples équipées de thermocouples pour le mesurage de la
température, il convient d’utiliser au moins un thermocouple pour chaque éprouvette. Si un seul
thermocouple est utilisé, il doit être placé au milieu de la longueur calibrée. Il est possible de n’utiliser
que trois thermocouples s’ils sont placés à des endroits appropriés du four et que les données
disponibles permettent de démontrer que, pour toutes les éprouvettes, la température respecte les
exigences en 6.3.1.
Dans le cas d’un mesurage indirect de la température, des mesurages de contrôle réguliers sont requis
pour déterminer les différences entre le(s) thermocouple(s) de chaque zone de chauffage et un nombre
significatif d’éprouvettes à l’intérieur d’une zone donnée. Les composantes non systématiques des
différences de température ne doivent pas dépasser ± 2 °C jusqu’à 800 °C et ± 3 °C au-dessus de 800 °C.
6.3.2.5 Éprouvettes entaillées
Le mesurage de la température des éprouvettes entaillées doit être conforme soit à 6.3.2.3 soit à 6.3.2.4.
Il est recommandé de placer un thermocouple à proximité de l’entaille.
NOTE Les détails sur les essais d’éprouvettes entaillées sont donnés dans l’Annexe C.
6.3.3 Thermocouples
Les jonctions des thermocouples doivent assurer un bon contact thermique avec la surface de
l’éprouvette et doivent être protégées des rayonnements directs de la source de chaleur. Les parties
des fils des thermocouples restant à l’intérieur du four doivent être protégées thermiquement et isolées
électriquement.
Des précautions doivent être prises pour réduire le plus possible la contamination et l’endommagement
physique des thermocouples. Les isolants et/ou l’isolation doivent être maintenus dans un état propre
de manière à réduire le plus possible la contamination et empêcher toute conduction.
[6]
Des informations concernant les différents types de thermocouples sont données dans l’IEC 60584-1 .
Il est recommandé d’utiliser des thermocouples en métaux rares, de préférence de type S ou R, pour les
[7]
températures égales ou supérieures à 400 °C .
Il convient de n’utiliser des thermocouples métalliques de type K qu’à des températures inférieures à
400 °C ou pour des durées inférieures à 1 000 h à des températures plus élevées, et il convient de ne pas
les réutiliser sans recouper les fils et procéder à un nouvel étalonnage de l’instrument.
Les thermocouples métalliques de type N peuvent être utilisés pour des températures inférieures
à 600 °C ou pour des durées inférieures à 3 000 h à des températures plus élevées, et il convient de
ne pas les réutiliser. Il n’est pas permis d’utiliser de thermocouples métalliques de type N lorsque les
[7]
températures sont supérieures à 760 °C .
Lorsque la dérive dépasse les valeurs suivantes sur l’intervalle d’étalonnage, il convient soit de réaliser
des étalonnages plus fréquents soit d’appliquer une correction de la température indiquée par le
thermocouple. Voir l’Annexe A et les Références [8], [9], [10], [11] et [12].
— ± 1 °C pour T ≤ 600 °C;
— ± 1,5 °C pour 600 °C < T ≤ 800 °C;
— ± 2 °C pour 800 °C < T ≤ 1 100 °C.
Les enregistrements de dérive doivent être conservés et disponibles sur demande.
NOTE 1 La dérive du thermocouple dépend du type de thermocouple utilisé et de la durée d’exposition en
température; voir l’Annexe A.
[13]
NOTE 2 Il est possible de faire référence à l’ASTM E633 .
NOTE 3 Ce paragraphe ne s’applique pas dans le cas d’un mesurage de température indirect.
NOTE 4 Il existe d’autres types de thermocouples mais leur aptitude à l’emploi sera démontrée.
6.3.4 Étalonnage des thermocouples
NOTE L’Annexe B fournit des informations complémentaires sur l’étalonnage des thermocouples.
L’intervalle d’étalonnage des thermocouples en métaux rares utilisés de manière répétée lors d’essais
de courte durée (en général de 500 heures ou moins) ne doit pas dépasser 13 mois. Dans les autres cas,
l’intervalle d’étalonnage doit respecter les limites suivantes:
— 4 ans pour T ≤ 600 °C;
— 2 ans pour 600 °C < T ≤ 800 °C;
— 1 an pour T > 800 °C.
Il n’est pas permis de réutiliser les thermocouples métalliques sans procéder à un nouvel étalonnage
après chaque essai, à moins que l’expérience n’ait montré que les erreurs dues à la dérive n’excèdent
pas les limites indiquées en 6.3.3 pour les conditions d’essai en question, auquel cas i
...
Questions, Comments and Discussion
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