ISO 204:2009
(Main)Metallic materials - Uniaxial creep testing in tension - Method of test
Metallic materials - Uniaxial creep testing in tension - Method of test
ISO 204:2009 specifies the method for the uninterrupted and interrupted creep tests and defines the properties of metallic materials which can be determined from these tests, in particular the creep elongation and the time of creep rupture, at a specified temperature. The stress rupture test is also covered, as is the testing of notched test pieces.
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en traction — Méthode d'essai
L'ISO 204:2009 spécifie la méthode pour les essais de fluage ininterrompu et interrompu et définit les caractéristiques des matériaux métalliques qui peuvent être déterminées à partir de ces essais, en particulier l'allongement de fluage et le temps de rupture par fluage, à une température spécifiée. L'essai de rupture sous contrainte est également couvert, de même que les essais sur éprouvettes entaillées.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 204:2009 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Metallic materials - Uniaxial creep testing in tension - Method of test". This standard covers: ISO 204:2009 specifies the method for the uninterrupted and interrupted creep tests and defines the properties of metallic materials which can be determined from these tests, in particular the creep elongation and the time of creep rupture, at a specified temperature. The stress rupture test is also covered, as is the testing of notched test pieces.
ISO 204:2009 specifies the method for the uninterrupted and interrupted creep tests and defines the properties of metallic materials which can be determined from these tests, in particular the creep elongation and the time of creep rupture, at a specified temperature. The stress rupture test is also covered, as is the testing of notched test pieces.
ISO 204:2009 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 77.040.10 - Mechanical testing of metals. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 204:2009 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 9687:2015, ISO 204:2018, ISO 204:1997. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 204
Second edition
2009-06-15
Metallic materials — Uniaxial creep
testing in tension — Method of test
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en traction —
Méthode d'essai
Reference number
©
ISO 2009
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and designations .5
5 Principle.7
6 Apparatus .7
7 Test pieces .10
8 Test procedure.13
9 Determination of results .14
10 Test validity .14
11 Accuracy of the results .15
12 Test report .15
Annex A (informative) Information concerning different types of thermocouples .21
Annex B (informative) Information concerning methods of calibration of thermocouples.22
Annex C (normative) Creep testing using test pieces with V or blunt circumferential notches.23
Annex D (informative) Method of estimating the uncertainty of the measurement in accordance
with the Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM).26
Annex E (informative) Representation of results and graphical extrapolation.32
Bibliography .40
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 204 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee
SC 1, Uniaxial testing.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 204:1997), which has been technically revised.
iv © ISO 2009 – All rights reserved
Introduction
This International Standard is an extensive revision of the first edition of ISO 204:1997 and incorporates many
recommendations developed through the European Creep Collaborative Committee (ECCC).
New annexes have been added concerning temperature measurement using thermocouples and their
calibration, creep testing test pieces with circumferential Vee and blunt (Bridgman) notches, estimation of
measurement uncertainty and methods of extrapolation of creep rupture life.
NOTE Information is sought relating to the influence of off-axis loading or bending on the creep properties of various
materials. Consideration will be given at the next revision of this International Standard as to whether the maximum
amount of bending should be specified and an appropriate calibration procedure be recommended. The decision will need
[39]
to be based on the availability of quantitative data .
INTERNATIONAL STANDARD ISO 204:2009(E)
Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension — Method
of test
1 Scope
This International Standard specifies the method for the uninterrupted and interrupted creep tests and defines
the properties of metallic materials which can be determined from these tests, in particular the creep
elongation and the time of creep rupture, at a specified temperature.
The stress rupture test is also covered by this International Standard, as is the testing of notched test pieces.
NOTE In stress rupture testing, elongation is not generally recorded during the test, only the time to failure under a
given load, or to note that a predetermined time was exceeded under a given force.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 286-2, ISO system of limits and fits — Part 2: Tables of standard tolerance grades and limit deviations for
holes and shafts
1)
ISO 783 , Metallic materials — Tensile testing 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 extensometers used in uniaxial testing
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
NOTE Several different gauge lengths and reference lengths are specified in this International Standard. 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 may 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 (see 3.1, 3.2 and 3.5).
r o e
1) To be revised by ISO 6892-2, Metallic materials — Tensile testing — Part 2: Method of test at elevated temperature.
3.1
reference length
L
r
base length used for the calculation of elongation
NOTE A method to calculate this value is given in 7.5 for test pieces where the extensometer is attached to either
ridges on the parallel length or to the shoulders of the test piece.
3.1.1
original reference length
L
ro
reference length determined at ambient temperature before the test
NOTE In general, L W 5D.
ro
3.1.2
final reference length
L
ru
reference length determined at ambient temperature after rupture, with the pieces carefully fitted back
together with their axes in a straight line
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 In general, L W 5D.
o
NOTE 2 L may also be used for the calculation of elongation.
o
3.3
final gauge length after rupture
L
u
length between gauge length marks on the test piece measured after rupture, at ambient temperature, with
the pieces carefully fitted back together with their axes in a straight line
3.4
parallel length
L
c
length of the parallel reduced section of the test piece
3.5
extensometer gauge length
L
e
distance between the measuring points of the extensometer
NOTE In some cases, L = L and may also be used for the calculation of elongation.
e o
3.6
original cross-sectional area
S
o
cross-sectional area of the parallel length as determined at ambient temperature prior to testing
2 © ISO 2009 – All rights reserved
3.7
minimum cross-sectional area after rupture
S
u
minimum cross-sectional area of the parallel length as determined at ambient temperature after rupture, with
the pieces carefully fitted back together with their axes in a straight line
3.8
initial stress
σ
o
applied force divided by the original cross-sectional area (S ) of the test piece
o
3.9
elongation
∆L
r
increase of the reference length (L )
r
NOTE See 6.2.
3.10
percentage elongation
A
elongation expressed as a percentage of the original reference length (L )
ro
NOTE 1 See Figure 1.
NOTE 2 In the terms for elongation in 3.10 to 3.16, the symbol “ε ” may replace “A”.
However, when “ε ” is used, the following conventions should apply:
ε % is the percentage strain or elongation;
ε is the absolute strain.
3.11
percentage initial plastic elongation
A
i
non-proportional increase of the original reference length (L ) due to the application of the test force
ro
3.12
percentage creep elongation
A
f
increase in reference length at time t (∆L ) at a specified temperature expressed as a percentage of the
rt
original reference length (L ):
ro
∆L
rt
A=× 100 (1)
f
L
ro
NOTE 1 A may have the specified temperature (T ) in degrees Celsius (°C) as superscript and the initial stress (σ ) in
f o
2)
megapascals and time t (in hours) as subscript.
NOTE 2 By convention, the beginning of creep elongation measurement is the time at which the initial stress (σ ) is
o
applied to the test piece (see Figure 1).
NOTE 3 Suffix f originates from “fluage”, “creep” in French.
2) 1 MPa = 1 N/mm .
3.13
percentage plastic elongation
A
p
non-proportional increase of the original reference length (L ) at time t:
ro
A = A + A (2)
p i f
3.14
percentage anelastic elongation
A
k
non-proportional decrease of the original reference length (L ) at time t due to unloading
ro
3.15
percentage permanent elongation
A
per
total increase of the original reference length (L ) at time t determined after unloading:
ro
A = A − A (3)
per p k
3.16
percentage elongation after creep rupture
A
u
permanent increase of the original reference length (L ) after rupture (L − L ) expressed as a percentage of
ro ru ro
the original reference length (L ):
ro
LL−
ru ro
A=× 100 (4)
u
L
ro
NOTE A may have the specified temperature (T ) in degrees Celsius as superscript and the initial stress (σ ) in
u o
megapascals as subscript.
3.17
percentage reduction of area after creep rupture
Z
u
maximum change in cross-sectional area measured after rupture (S − S ) expressed as a percentage of the
o u
original cross-sectional area (S ):
o
SS−
ou
Z=× 100 (5)
u
S
o
NOTE Z may have the specified temperature (T ) in degrees Celsius as superscript and the initial stress (σ ) in
u o
megapascals as subscript.
3.18
creep elongation time
t
fx
time required for a strained test piece to obtain a specified percentage creep elongation (x) at the specified
temperature (T ) and the initial stress (σ )
o
EXAMPLE t .
f0,2
3.19
plastic elongation time
t
px
time required to obtain a specified percentage plastic elongation (x) at the specified temperature (T ) and the
initial stress (σ )
o
4 © ISO 2009 – All rights reserved
3.20
creep rupture time
t
u
time to rupture for a test piece maintained at the specified temperature (T ) and the initial stress (σ )
o
NOTE The symbol t may have as superscript the specified temperature (T ) in degrees Celsius and as subscript the
u
initial stress (σ ) in megapascals.
o
3.21
single test piece machine
testing machine that permits straining of a single test piece
3.22
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
Unit
Symbol
D
mm Diameter of the cross-section of the parallel length of a cylindrical test piece
D mm Diameter of gauge length containing a notch
n
d mm
Diameter of gauge length without a notch in a combined notched/un-notched test piece
(see Figure C.1)
d mm Diameter across root of circumferential notch
n
For a combined notched/un-notched test piece d = d
n
b mm Width of the cross-section of the parallel length of a test piece of square or rectangular
cross-section
L mm Reference length
r
a mm Thickness of a test piece of square or rectangular cross-section [see Figure 2 b)]
L
mm Original reference length
ro
L mm Final reference length
ru
∆L mm Elongation
r
mm Increase in reference length at time t
∆L
rt
L mm Original gauge length
o
L mm Parallel gauge length containing a notch
n
L mm Final gauge length after rupture
u
L mm Parallel length
c
L mm Extensometer gauge length
e
R
mm Transition radius
r mm Notch root radius
n
S
Original cross-sectional area of the parallel length
mm
o
S Minimum cross-sectional area after rupture
mm
u
Table 1 (continued)
a
Unit Designation
Symbol
MPa Initial stress
σ
o
b
% Percentage elastic elongation
A
e
b
% Percentage initial plastic elongation
A
i
b
% Percentage anelastic elongation
A
k
b
% Percentage plastic elongation
A
p
b
% Percentage permanent elongation
A
per
b
% Percentage creep elongation:
A
f
∆L
rt
A=× 100
f
L
ro
NOTE As an example, the symbol may be completed as follows:
A : percentage creep elongation with an initial stress of 50 MPa after 5 000 h at the
f50/5000
specified temperature of 375 °C.
b
% Percentage elongation after creep rupture:
A
u
LL−
ru ro
A=× 100
u
L
ro
NOTE As an example, the symbol may be completed as follows:
A : percentage elongation after creep rupture with an initial stress of 50 MPa at the specified
u50
temperature of 375 °C.
Z % Percentage reduction of area after creep rupture:
u
SS−
ou
Z=× 100
u
S
o
NOTE As an example, the symbol may be completed as follows:
Z : percentage reduction of area after creep rupture with an initial stress of 50 MPa at the
u50
specified temperature of 375 °C.
t h Creep elongation time
fx
t
h Plastic elongation time
px
t h Creep rupture time
u
NOTE As an example, the symbol may be completed as follows:
t : creep rupture time with an initial stress of 50 MPa at the specified temperature of 375 °C.
u50
t h Creep rupture time of a notched test piece
un
T °C Specified temperature
T °C Indicated temperature
i
x % Specified percentage creep or plastic elongation
n Creep exponent
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).
b
See Note 2 in 3.10.
6 © ISO 2009 – All rights reserved
5 Principle
The test consists of heating a test piece to the specified temperature and of straining the test piece 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 elongation (uninterrupted test);
⎯ values of permanent elongation at suitable intervals throughout the test (interrupted test);
⎯ the creep rupture time (uninterrupted and interrupted test).
NOTE “Constant 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 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 should 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 ruptures.
NOTE At present, there appears to be insufficient quantitative data in the literature demonstrating the influence of
bending upon creep and stress rupture life. It is requested that any organization with such information forwards it to
ISO/TC164 for consideration at the next revision of this International Standard.
The machine shall be verified and shall meet the requirements of at least class 1 in ISO 7500-2.
6.2 Elongation measuring device
In uninterrupted tests, the elongation 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 can be non-
contacting (e.g. a non-contacting optical or laser extensometer).
It is recommended that the extensometer is 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 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 able to measure the elongation either on one side or on the opposite sides of the
test piece; the latter is the preferred option.
The type of extensometer used (e.g. single-sided, double-sided, axial, diametral) should be reported. When
the elongation is measured on the opposite sides, the average elongation should be reported.
NOTE 1 For uninterrupted creep tests, i.e. with an extensometer attached directly to the parallel section of a test piece,
the percentage creep elongation is measured over L .
e
When the elongation 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 elongation has occurred completely
within the reference length of the test piece. Percentage creep elongation is measured over L .
r
The extensometer gauge length should normally be as near as possible to the reference length. In the case of
accurate creep measurements, a gauge length as long as possible should be used to improve the accuracy of
measurements.
NOTE 2 If only the percentage elongation after creep rupture or the percentage creep elongation for a specified test
duration is determined, the use of an extensometer is not necessary.
In interrupted tests, periodically unload the test piece and 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 ∆L or 0,01 mm, whichever is the greater. After this measurement the test piece may be first reheated
r
and then reloaded.
NOTE 3 For low creep strain measurements, e.g. u 1% strain, on test pieces with short gauge lengths, careful
consideration needs to be given to ensure that the measuring device used has sufficient resolution.
NOTE 4 Information on the long-term stability of transducers used for creep testing and accreditation issues are given in
References [35] and [36] in the Bibliography.
Care should be taken to avoid spurious negative creep when using nickel base alloy extensometers. See the
[38]
Code of Practice by Loveday and Gibbons (2007) .
6.3 Heating device
6.3.1 Permissible temperature deviations
The heating device shall heat the test piece to the specified temperature (T ).The permitted deviations
between the indicated temperature, (T) and the specified temperature, (T ), and the permitted maximum
i
temperature variation along the test piece shall be as given in Table 2.
Table 2 — Permitted deviations between T and T
i
and maximum permissible temperature variation along the test piece
Permitted deviation between T and T
Specified temperature, T Maximum permissible temperature
i
variation along the test piece
°C °C
°C
T u 600 3
± 3
600 < T u 800 ± 4 4
800 < T u 1 000 5
± 5
1 000 < T u 1 100 6
± 6
For specified temperatures greater than 1 100 °C, the permitted values shall be defined by agreement
between the parties concerned.
The indicated temperatures (T ) are the temperatures measured at the surface of the parallel length of the test
i
piece, errors from all sources being taken into account and any systematic errors having been corrected.
8 © ISO 2009 – All rights reserved
NOTE Instead of measuring the temperature at the surface of the test piece, 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
defined above is fulfilled.
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 and the temperature measuring equipment
shall have an accuracy equal to or better than ± 1 °C.
6.3.2.2 Single test piece machines
In single test piece machines, for test pieces with a parallel length less than or equal to 50 mm, at least two
thermocouples should be used. 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.
6.3.2.3 Multiple test piece machines
In multiple test piece machines, it is recommended that at least one thermocouple 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.
6.3.2.4 Notched test pieces
Temperature measurement of notched test pieces shall be in accordance with either 6.3.2.2 or 6.3.2.3. It is
recommended that one thermocouple is placed close to the notch.
6.3.2.5 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.
NOTE This clause is not applicable in the case of indirect temperature measurement.
6.3.3 Calibration of the thermocouples and temperature measuring system
NOTE Information concerning different types of thermocouples is given in Annex A.
6.3.3.1 Calibration of the thermocouples
Rare metal thermocouples in use for short duration tests (typically 500 h or less) should be calibrated at least
every 12 months. Thermocouples in use for test durations greater than 12 months should be calibrated as
follows:
⎯ 4 years for T u 600 °C;
⎯ 2 years for 600 °C < T u 800 °C;
⎯ 1 year for T > 800 °C.
If a test duration exceeds the above calibration period the thermocouple shall be calibrated upon completion
of the test. If a thermocouple is rewelded, the thermocouple shall be recalibrated before use.
It shall be demonstrated that the error of the thermocouple used has been established either at the test
temperature or is typical for a range containing the test temperature.
If it is demonstrated that the drift of the thermocouple does not affect the permissible temperature deviations
specified in 6.3.1, the period between two calibrations can be longer.
Changes in the output of a thermocouple can be due not only to chemical changes from contamination leading
to drift, but also as a consequence of handling physical damage. Information on such changes should be
recorded and should be available on request.
NOTE 1 Thermocouple drift is dependent on the type of thermocouple used and the exposure duration at temperature.
If the drift affects permissible temperature deviations, either more frequent calibrations should be carried out
or a correction may be made to the temperature indicated by the thermocouple.
NOTE 2 Information concerning methods of calibration of thermocouples is given in Annex B.
6.3.3.2 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.
7 Test pieces
7.1 Shape and dimensions
In general, the test piece is a machined proportional cylindrical test piece (L = k S ) with a circular cross-
ro o
section (see Figure 2). The value k should be equal to or greater than 5,65 and the value used shall be
recorded in the test report, i.e. L W 5D.
ro
In special cases, the cross-section of the test piece may be square or rectangular or of some other shape. The
provisions concerning the cylindrical test pieces do not apply to these specific test pieces.
10 © ISO 2009 – All rights reserved
In general, L should not exceed L by more than 10 % for circular test pieces, or by more than 15 % for
ro 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 the cylindrical
test pieces, or 0,25b and 1b in the case of rectangular or square test pieces.
Unless the sample size does not permit it, the original cross-sectional area (S ) shall be greater than or equal
o
to 7 mm .
NOTE In some cases, especially for brittle materials, the transition radius can be greater than 1D.
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 should be selected to minimize stress concentrations 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, and
⎯ 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 be
o
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 %.
When a notched test piece is used, the geometry and the position of this notch should be defined by
agreement.
7.2 Preparation
The test piece shall be machined in such a way as to minimize any residual deformation or surface defects.
The shape tolerances shall conform to Table 3 for test pieces with circular cross-sections and to Table 4 for
test pieces with square or rectangular cross-sections.
Table 3 — Shape tolerances of test pieces with circular cross-sections
Dimensions in millimetres
a
Nominal dimension
Shape tolerances
D
0,02
3 < D u 6
0,03
6 < D u 10
0,04
10 < D u 18
18 < D u 30 0,05
a
Maximum deviation between the measurements of a transverse dimension determined
along the entire parallel length of the test piece (see ISO 286-2).
Table 4 — Shape tolerances of test pieces with square or rectangular cross-sections
Dimensions in millimetres
a
Nominal dimension
Shape tolerances
b
3 < b u 6 0,02
6 < b u 10 0,03
10 < b u 18 0,04
18 < b u 30 0,05
a
Maximum deviation between the measurements of a transverse dimension determined
along the entire parallel length of the test piece (see ISO 286-2).
It is recommended that the minimum original cross-sectional area should occur within the middle two thirds of
the parallel length or of the reference length, whichever is smaller.
When the test piece has a notch (see Annex C), its profile shall be checked to ensure that it conforms with the
tolerances specified in the relevant product standard.
7.3 Determination of the original cross-sectional area
The original cross-sectional area (S ) shall be calculated from measurement of appropriate dimensions within
o
the parallel length. Each appropriate dimension shall be measured to a measurement uncertainty of ± 0,1 %
or 0,01 mm, whichever is greater.
The size of the test piece shall be determined at three positions along the gauge length and the minimum
calculated value of the cross-sectional area shall be used for determining the applied load corresponding to
the specified stress.
7.4 Marking of the original gauge length, L
o
Each end of the original gauge length shall be marked by means of fine marks or scribed lines, or other
means, but not by notches which could result in premature fracture.
Where marked, the original gauge length shall be marked to an accuracy of ± 1 %.
NOTE In some cases, it may be helpful to draw, on the surface of the test piece, a line parallel to the longitudinal
axis, along which the gauge length is drawn. Marking of L is not necessary when a specimen with small collars is used
o
[see Figure 2 c)].
7.5 Determination of the reference length, L
r
Where extensometry is attached to either ridges on the parallel length or the shoulders of the test piece, the
reference length shall be calculated using the following equation:
2n
⎡⎤
L=+LD2/dl (6)
()
rc ∑ ii
⎢⎥
⎣⎦
i
See Figure 2 e), where
n is the stress exponent at the test temperature for the material under investigation. If this is not known,
use n = 5; and
12 © ISO 2009 – All rights reserved
l is the length increment in the transition region. Experience has shown a value of 0,1 mm to be
i
suitable for these calculations.
This calculation shall be performed for each test piece design; providing the test piece dimensions remain
within the limits defined in 7.1 and 7.2 a recalculation for each test piece produced to that design is not
required.
8 Test procedure
8.1 Heating of the test piece
The test piece shall be heated to the specified temperature (T ). The test piece, gripping device and the
extensometer shall be at thermal equilibrium.
This condition shall be maintained for at least one hour before application of the force to the test piece, unless
the product standard states otherwise. In the uninterrupted test, the maximum time that the test piece is held
at the test temperature before applying the force shall not exceed 24 h. In the interrupted test, this time should
not exceed 3 h; the time under test temperature without force after unloading should not exceed 1 h.
During the heating period, the temperature of the test piece should not, at any time, exceed the specified
temperature (T ) with its tolerances. If these tolerances are exceeded, it shall be reported.
For creep tests with extensometers, a small preload (less than 10 % of the test force) may be applied to the
test piece in order to keep the loading train in alignment whilst heating up the test piece (i.e. before t = 0).
8.2 Application of the test force
The test force shall be applied along the test axis in such a manner to minimize bending and torsion of the test
piece.
The applied force shall be known to an accuracy of at least ± 1 %. The application of the test force shall be
made without shock and should be as rapid as possible.
Special care should be taken during the loading of soft and face centred cubic (FCC) materials since they may
exhibit creep at very low loads or at room temperature.
The beginning of the creep test and measurement of creep elongation is the time (t = 0) when the full load of
the initial stress is applied to the test piece (see Figure 1).
8.3 Test interruptions
8.3.1 General
The number of periodic interruptions should be sufficient to obtain the elongation data.
8.3.2 Multiple test piece machine with several test pieces in line
After a test piece has ruptured, the string of test pieces shall be removed from the testing machine to allow
replacement. Resume testing in accordance with 8.1 and 8.2.
8.3.3 Accidental interruption of the test
For any accidental interruption of the test due to, for example, interruption of heating or current, the conditions
of resumption of the test after each interruption shall be recorded in the test report. Ensure that overloading of
the test piece due to contraction of the force assembly is prevented. It is recommended that the initial applied
force is maintained during these interruptions.
8.4 Recording of temperature and elongation
8.4.1 Temperature
Throughout the test, it is important that sufficient recordings of the temperature of the test piece are made to
demonstrate that the temperature conditions comply with the requirements of 6.3.1.
8.4.2 Elongation
Either a continuous record or a sufficient number of recordings of the elongation shall be made throughout the
test so that the creep-time curve can be traced (see Figure 3).
When only a determination of a creep elongation for a specified test duration is made, the drawing of the
creep-time diagram is not necessary. Only the initial and final measurements are required.
In the interrupted test, the number of periodic interruptions for elongation measurement shall be chosen in
order to make it possible to interpolate the creep-time curve with sufficient accuracy to determine times to
percentage permanent elongation.
In the uninterrupted test, the percentage initial plastic elongation, A , shall be determined.
i
NOTE If the sum of elastic and initial plastic elongation is measured, the elastic elongation to be subtracted can be
determined from a stepwise measurement procedure during loading, or from a partial unloading procedure during the test,
or it can be taken over from a tensile test at elevated temperature in accordance with ISO 783 with a similar loading rate
as in the creep test.
To determine the percentage initial plastic elongation, A, in the case of the interrupted creep test, a tensile
i
test at elevated temperature in accordance with ISO 783 shall additionally be performed at each creep test
temperature and with a similar loading rate as in the creep test.
EXAMPLE An example of a sequence of time intervals for interruption strain measurements for long-term testing is:
100 h, 250 h, 1 000 h, 2 500 h, 5 000 h, every 5 000 h until 40 000 h then every 10 000 h thereafter.
Tests of 3 000 h duration or less should have an additional interruption at 50 h; for tests of 1 000 h or less a
further interruption at 25 h should be included in the test plan.
8.4.3 Elongation time diagram
On the basis of records of time and elongation, an elongation-time diagram can be drawn (see Figure 3).
9 Determination of results
The test results are determined from the preceding recordings using the definitions given in Clause 3.
10 Test validity
Unless the results meet the requirements of the product standard or the customer specification, the rupture
elongation shall be considered invalid if the test piece ruptures outside the parallel length (L ) or outside the
c
extensometer gauge length (L ).
e
14 © ISO 2009 – All rights reserved
11 Accuracy of the results
11.1 Expression of the results
For the expression of the results, the values shall be expressed taking into account the following requirements
concerning the rounding rules:
⎯ specified temperature (T): to 1 °C;
⎯ diameter (D): to 0,01 mm;
⎯ ratio (L /D): to one decimal place;
ro
⎯ original reference length (L ): to 0,1 mm;
ro
⎯ initial stress (σ ): 3 significant figures;
o
⎯ time (t t ): 3 significant figures;
fx, px
⎯ time ( t , t ,): 1 %, or to the nearest hour, whichever is smaller;
u un
⎯ percentage elongation (A , A , A , A , A , A ): 3 significant figures;
e i f p per k
⎯ percentage elongation after creep rupture (A ): 2 significant figures;
u
⎯ percentage reduction of area after creep rupture (Z ): 2 significant figures.
u
11.2 Final uncertainty
Due to the fact that the uncertainty of the results depends on the nature of the tested material and the testing
conditions, it is not possible to give precise values for the uncertainty.
Examples of estimated uncertainty for some materials are given in Annex D.
12 Test report
12.1 Information on materials not covered by a product specification shall be reported in accordance with
12.2, or both 12.2 and 12.3. For a representation of results and graphical extrapolation, see Annex E.
12.2 Information to be reported in the test report shall include, when applicable:
⎯ reference to this International Standard;
⎯ type of test (uninterrupted or interrupted);
⎯ material and test piece identification;
⎯ type and dimensions of the test piece (value of the proportionality coefficient k included), including the
reference length used;
⎯ specified temperature and indicated temperature, if it is outside the permitted limits;
⎯ initial applied stress;
⎯ constant applied force or constant applied stress;
⎯ test results;
⎯ position of the rupture (when outside of central two thirds of the parallel length);
⎯ percentage initial plastic elongation;
⎯ conditions of accidental interruptions and resumptions of the test;
⎯ any occurrence which can affect the results, for example, deviations from the specified tolerances.
12.3 Information to be available on request (made at the time of order) may include, when applicable:
⎯ machine type (simple machine, multiple machine with test pieces in line, etc.);
⎯ force application time;
⎯ elongation-time diagram with sufficient recordings to accurately construct the diagram;
⎯ percentage elastic elongation due to the application of the force (see 8.4.2);
⎯ percentage elastic and anelastic elongation due to unloading and the unloading time (see 8.4.2);
⎯ information concerning the recorded values of any indicated temperature excursions outside the
permitted temperature limits defined in 6.3.1;
⎯ type of extensometer;
⎯ value of the drift of the thermocouples over the test period;
⎯ see also E.6 for recommended additional information regarding the sample material.
12.4 The test conditions and limits defined in this International Standard shall not be adjust
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 204
Deuxième édition
2009-06-15
Matériaux métalliques — Essai de fluage
uniaxial en traction — Méthode d'essai
Metallic materials — Uniaxial creep testing in tension — Method of test
Numéro de référence
©
ISO 2009
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Publié en Suisse
ii © ISO 2009 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.1
4 Symboles et désignations .5
5 Principe.7
6 Appareillage .7
7 Éprouvettes .11
8 Mode opératoire.13
9 Détermination des résultats .15
10 Validité d'essai .15
11 Exactitude des résultats .15
12 Rapport d'essai .16
Annexe A (informative) Informations relatives aux différents types de thermocouples .21
Annexe B (informative) Informations relatives aux méthodes d'étalonnage des thermocouples.22
Annexe C (informative) Essais de fluage sur éprouvettes avec entaille en V ou entaille
circonférentielle émoussée .23
Annexe D (informative) Méthode d'estimation de l'incertitude de mesure conformément au Guide
pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM) .26
Annexe E (informative) Présentation des résultats et extrapolation graphique.33
Bibliographie .41
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 204 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux, sous-comité
SC 1, Essais uniaxiaux.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 204:1997), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
iv © ISO 2009 – Tous droits réservés
Introduction
La présente Norme internationale constitue une profonde révision de la première édition de l’ISO 204:1997 et
comporte de nombreuses recommandations établies au sein du «European Creep Collaborative Committee
(ECCC)».
De nouvelles annexes ont été ajoutées pour la mesure de la température au moyen de thermocouples et leur
étalonnage, les éprouvettes pour essais de fluage avec des entailles en V ou des entailles émoussées
(Bridgman), l’estimation de l’incertitude de mesure et les méthodes d’extrapolation de la durée de vie à
rupture par fluage.
NOTE Des informations sont recherchées en ce qui concerne l’influence d’un chargement non axial ou d’une flexion
sur les caractéristiques de fluage de différents matériaux. Lors de la prochaine révision, on examinera s’il convient de
spécifier la flexion maximale et s’il convient de recommander une procédure appropriée d’étalonnage. Il sera nécessaire
[39]
de fonder la décision sur des données quantitatives disponibles .
NORME INTERNATIONALE ISO 204:2009(F)
Matériaux métalliques — Essai de fluage uniaxial en traction —
Méthode d'essai
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie la méthode pour les essais de fluage ininterrompu et interrompu et
définit les caractéristiques des matériaux métalliques qui peuvent être déterminées à partir de ces essais, en
particulier l’allongement de fluage et le temps de rupture par fluage, à une température spécifiée.
L’essai de rupture sous contrainte est également couvert par la présente Norme Internationale de même que
les essais sur éprouvettes entaillées.
NOTE Lors des essais de rupture sous contrainte, l’allongement n’est généralement pas enregistré pendant l’essai;
on enregistre seulement le temps de rupture par fluage sous une force donnée ou on note qu’un temps prédéterminé a
été dépassé sous une force donnée.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 286-2, Système ISO de tolérances et d'ajustements — Partie 2: Tables des degrés de tolérance
normalisés et des écarts limites des alésages et des arbres
1)
ISO 783 , Matériaux métalliques — Essai de traction 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 extensomètres utilisés lors d'essais uniaxiaux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE Plusieurs longueurs entre repères et longueurs de référence différentes sont spécifiées dans la présente
Norme internationale. Ces longueurs reflètent les habitudes et la pratique utilisées dans différents laboratoires tout autour
du monde. Dans certains cas, les longueurs sont physiquement marquées sur l’éprouvette sous forme de traits ou de
collerettes; dans d’autres cas, la longueur peut être une longueur virtuelle basée sur des calculs pour déterminer une
longueur appropriée utilisée pour la détermination de l’allongement de fluage. Pour certaines éprouvettes, L , L et L sont
r o e
la même longueur (voir 3.1, 3.2 et 3.5).
1) Sera révisée sous la référence ISO 6892-2, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 2: Méthode d'essai à
température élevée.
3.1
longueur de référence
L
r
longueur de base utilisée pour les calculs d'allongement
NOTE Une méthode de calcul de cette valeur est donnée en 7.5 pour les éprouvettes sur lesquelles l’extensomètre
est fixé soit aux collerettes sur la longueur calibrée soit aux épaulements de l’éprouvette.
3.1.1
longueur initiale de référence
L
ro
longueur de référence déterminée à la température ambiante avant l'essai
NOTE En général, L W 5D.
ro
3.1.2
longueur ultime de référence
L
ru
longueur de référence déterminée à la température ambiante après rupture, les fragments étant rapprochés
soigneusement de manière que leurs axes soient alignés
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 En général, L W 5D.
o
NOTE 2 L peut également être utilisé pour le calcul de l’allongement.
o
3.3
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 rapprochés soigneusement de manière que leurs axes soient alignés
3.4
longueur calibrée
L
c
longueur de la partie calibrée de section réduite de l'éprouvette
3.5
longueur de base de l'extensomètre
L
e
distance entre les points de mesure de l'extensomètre
NOTE Dans certains cas, L = L et peut également être utilisé pour le calcul de l’allongement.
e o
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
2 © ISO 2009 – Tous droits réservés
3.7
aire minimale de la section transversale après rupture
S
u
aire minimale de la section transversale de la longueur calibrée telle que déterminée à la température
ambiante après rupture, les fragments étant rapprochés soigneusement de manière que leurs axes soient
alignés
3.8
contrainte initiale
σ
o
force appliquée divisée par l’aire initiale de la section transversale (S ) de l'éprouvette
o
3.9
allongement
∆L
r
accroissement de la longueur de référence (L )
r
NOTE Voir 6.2.
3.10
allongement pour cent
A
allongement exprimé en pourcentage de la longueur initiale de référence (L )
ro
NOTE 1 Voir Figure 1.
NOTE 2 Pour les termes d'allongement utilisés de 3.10 à 3.16, le symbole «ε» peut remplacer «A».
Cependant, lorsqu'on utilise «ε», il convient d'appliquer la convention suivante:
⎯ ε % est la déformation ou l’allongement pour cent;
⎯ ε est la déformation absolue.
3.11
allongement pour cent plastique initial
A
i
accroissement non proportionnel de la longueur initiale de référence (L ) dû à l'application de la force d'essai
ro
3.12
allongement pour cent de fluage
A
f
accroissement de la longueur de référence à un instant t (∆L ) à une température spécifiée, exprimé en
rt
pourcentage de la longueur initiale de référence (L ):
ro
∆L
rt
A=× 100 (1)
f
L
ro
NOTE 1 A peut comporter en exposant la température spécifiée (T), en degrés Celsius, et en indice, la contrainte
f
2)
initiale (σ ) en mégapascals et l'instant t (en heures).
o
NOTE 2 Par convention, le début de la mesure de l'allongement de fluage est l'instant où la contrainte initiale (σ ) est
o
appliquée à l'éprouvette (voir Figure 1).
NOTE 3 L’indice f provient de «fluage» («creep», en anglais).
2) 1 MPa = 1 N/mm .
3.13
allongement pour cent plastique
A
p
accroissement non proportionnel de la longueur initiale de référence (L ) à l'instant t:
ro
A = A + A (2)
p i f
3.14
allongement pour cent anélastique
A
k
raccourcissement non proportionnel de la longueur initiale de référence (L ) à l'instant t dû au déchargement
ro
3.15
allongement rémanent pour cent
A
per
accroissement total de la longueur initiale de référence (L ) à l'instant t déterminé après déchargement:
ro
A = A − A (3)
per p k
3.16
allongement pour cent après rupture par fluage
A
u
accroissement rémanent de la longueur initiale de référence (L ) après rupture (L − L ) exprimé en
ro ru ro
pourcentage de la longueur initiale de référence (L ):
ro
LL−
ru ro
A=× 100 (4)
u
L
ro
NOTE A peut comporter en exposant la température spécifiée (T), en degrés Celsius, et en indice la contrainte
u
initiale (σ ) en mégapascals.
o
3.17
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 ):
o
SS−
ou
Z=× 100 (5)
u
S
o
NOTE Z peut comporter en exposant la température spécifiée (T), en degrés Celsius, et en indice la contrainte
u
initiale (σ ) en mégapascals.
o
3.18
temps d'allongement par fluage
t
fx
temps nécessaire pour qu'une éprouvette, soumise à déformation, atteigne un allongement pour cent de
fluage spécifié (x) à la température spécifiée (T) et pour la contrainte initiale (σ )
o
EXEMPLE t .
f0,2
3.19
temps d'allongement plastique
t
px
temps nécessaire pour obtenir un allongement plastique pour cent spécifié (x) à la température spécifiée (T) et
pour la contrainte initiale (σ )
o
4 © ISO 2009 – Tous droits réservés
3.20
temps de rupture par fluage
t
u
temps nécessaire à la rupture d'une éprouvette maintenue à la température spécifiée (T) et à la contrainte
initiale (σ )
o
NOTE Le symbole t peut comporter en exposant la température spécifiée (T), en degrés Celsius, et en indice la
u
contrainte initiale (σ ) en mégapascals.
o
3.21
machine à éprouvette unique
machine d’essai permettant de solliciter une seule éprouvette
3.22
machine à éprouvettes multiples
machine d’essai permettant de solliciter plus d’une éprouvette simultanément à la même température
4 Symboles et désignations
Les symboles et désignations correspondantes sont donnés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et désignations
a
Unité Désignation
Symbole
D mm Diamètre de la section transversale de la partie calibrée d'une éprouvette cylindrique
D mm Diamètre de la longueur de base contenant une entaille
n
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 à fond d’entaille pour une entaille circonférentielle. Pour une éprouvette combinant
n
une partie entaillée et une partie non entaillée, d = d
n
b mm Largeur de la section transversale de la partie calibrée d'une éprouvette de section
transversale carrée ou rectangulaire
L mm Longueur de référence
r
a
mm Épaisseur d'une éprouvette de section transversale carrée ou rectangulaire, voir Figure 2 b)
L mm Longueur initiale de référence
ro
L
mm Longueur ultime de référence
ru
mm Allongement
∆L
r
mm Accroissement de la longueur de référence à l'instant t
∆L
rt
L
mm Longueur initiale entre repères
o
L mm Longueur calibrée de base contenant une entaille
n
L mm Longueur ultime entre repères après rupture
u
L
mm Longueur calibrée
c
L mm Longueur de base de l'extensomètre
e
R mm Rayon de raccordement
r mm Rayon à fond d’entaille
n
S Aire initiale de la section transversale de la longueur calibrée
mm
o
S
mm Aire minimale de la section transversale après rupture
u
Tableau 1 (suite)
a
Symbole Unité Désignation
MPa Contrainte initiale
σ
o
b
% Allongement pour cent élastique
A
e
b
A % Allongement pour cent plastique initial
i
b
% Allongement pour cent anélastique
A
k
b
% Allongement pour cent plastique
A
p
b
% Allongement pour cent rémanent
A
per
b
% Allongement pour cent de fluage
A
f
∆L
rt
A=× 100
f
L
ro
NOTE À titre d’exemple, le symbole peut être complété comme suit:
A : Allongement pour cent de fluage pour une contrainte initiale de 50 MPa après 5 000 h à la
f50/5000
température spécifiée de 375 °C.
b
% Allongement pour cent après rupture par fluage:
A
u
LL−
ru ro
A=× 100
u
L
ro
NOTE À titre d’exemple, le symbole peut être complété comme suit:
A : Allongement pour cent après rupture par fluage pour une contrainte initiale de 50 MPa à la
u50
température spécifiée de 375 °C.
Z
% Coefficient de striction après rupture par fluage:
u
SS−
ou
Z=× 100
u
S
o
NOTE À titre d’exemple, le symbole peut être complété comme suit:
Z : Coefficient de striction après rupture par fluage pour une contrainte initiale de 50 MPa à la
u50
température spécifiée de 375 °C.
t h Temps pour un allongement par fluage
fx
t h Temps pour un allongement 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 température spécifiée de
u50
375 °C.
t h Temps de rupture par fluage d’une éprouvette entaillée
un
T °C Température spécifiée
T °C Température indiquée
i
x % Allongement pour cent de fluage ou allongement pour cent plastique spécifié
n Exposant de fluage
a
Les indices principaux (r, o et u) des symboles sont utilisés comme suit:
r correspond à référence;
o correspond à initial;
u correspond à ultime (après rupture).
b
Voir Note 2 en 3.10.
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5 Principe
L'essai consiste à porter une éprouvette à la température spécifiée et à la soumettre à une déformation à
l’aide d‘une force de traction constante ou d’une contrainte de traction constante (voir Note) appliquée selon
son axe longitudinal, pendant un certain temps, pour obtenir l’un quelconque des éléments suivants:
⎯ un allongement de fluage spécifié (essai ininterrompu);
⎯ des valeurs d'allongement rémanent pour des intervalles appropriés tout au long de l'essai (essai
interrompu);
⎯ le temps de rupture par fluage (essai ininterrompu ou interrompu).
NOTE Par «contrainte constante», on entend que le rapport de la force et de la section transversale instantanée
reste constant tout au long de l'essai. Les résultats obtenus avec une 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 que la machine fasse l’objet d’un
examen visuel pour s’assurer que les barres de chargement, les ancrages, les joints universels et les
équipements associés sont en bon état.
Il convient d'appliquer la force à l'éprouvette sans choc.
Il convient que la machine soit correctement isolée des vibrations et chocs extérieurs. Il convient que la
machine soit équipée d'un dispositif qui minimise le choc lors de la rupture de l'éprouvette.
NOTE Actuellement, il n’y a pas assez de données quantitatives disponibles dans la littérature démontrant l’influence
d’une flexion sur le fluage et la durée de vie à rupture. Il est demandé à toute organisation disposant de telles informations
de les adresser à l’ISO/TC 164 pour qu’elles soient examinées lors de la prochaine révision de la présente Norme
internationale.
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 de l’allongement
Pour les essais ininterrompus, l’allongement doit être mesuré au moyen d'un extensomètre satisfaisant aux
exigences de performance de la classe 1 ou d’une classe meilleure 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 peut être par exemple un extensomètre sans contact de type optique ou de type à laser.
Il est recommandé que l’extensomètre soit étalonné pour 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 l'essai prévu dépasse la date d'expiration du certificat d'étalonnage, l'extensomètre doit
alors être étalonné à nouveau, avant de commencer l'essai de fluage.
La longueur de base de l'extensomètre ne doit pas être inférieure à 10 mm.
L'extensomètre doit pouvoir mesurer l’allongement soit sur une face soit sur deux faces opposées de
l'éprouvette, la dernière solution étant l’option à appliquer de préférence.
Il convient de consigner le type d’extensomètre utilisé (par exemple une face, double face, axial, diamétral)
dans le rapport d’essai. Lorsque l'allongement est mesuré sur deux faces opposées, il convient de consigner
la valeur moyenne de l’allongement dans le rapport d’essai.
NOTE 1 Pour les essais de fluage ininterrompus, c'est-à-dire avec un extensomètre directement fixé à la partie
calibrée d'une éprouvette, l'allongement de fluage pour cent est mesuré sur L .
e
Lorsque l'allongement est mesuré avec un extensomètre fixé sur les têtes d’amarrage de l'éprouvette, les têtes doivent
être d'une dimension et d'une forme telles que l'on puisse considérer que l'allongement observé s'est produit en totalité
sur la longueur de référence de l'éprouvette. L'allongement pour cent de fluage pour cent est mesuré sur L .
r
Il convient que la longueur de base de l'extensomètre soit normalement aussi proche que possible de la
longueur de référence. Pour des mesures de fluage précises, il convient d'utiliser une longueur entre repères
aussi grande que possible pour améliorer l'exactitude des mesures.
NOTE 2 Dans le cas où seulement l'allongement pour cent après rupture par fluage ou l'allongement pour cent de
fluage pour une durée d'essai spécifiée est déterminé, l'utilisation d'un extensomètre n'est pas nécessaire.
Pour les essais interrompus, décharger périodiquement l'éprouvette, la refroidir à la température ambiante et
mesurer l'allongement rémanent sur la longueur entre repères au moyen d'un dispositif approprié. La
précision de ce dispositif doit être égale à la plus grande des deux valeurs entre 0,01 ∆L et 0,01 mm. Après
r
cette mesure, l'éprouvette peut être d’abord réchauffée puis remise en charge.
NOTE 3 Pour des mesures de faibles déformations de fluage, par exemple une déformation u 1%, sur des éprouvettes
ayant de courtes longueurs entre repères, il faut veiller à ce que le dispositif de mesure utilisé présente une résolution
suffisante.
NOTE 4 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 [35] et [36].
Il convient de prendre soin d'éviter un fluage faussement négatif en utilisant des extensomètres en alliage
[38]
base nickel. Voir le «Code of Practice» par Loveday et Gibbons (2007) .
6.3 Dispositif de chauffage
6.3.1 Écarts admissibles de température
Le dispositif de chauffage doit chauffer l'éprouvette à la température spécifiée (T). Les écarts admissibles
entre la température indiquée (T ) et la température spécifiée (T ) ainsi que le gradient de température maximal
i
admissible le long de l'éprouvette doivent être tels que donnés dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Écarts admissibles entre T et T
i
et gradient de température maximal admissible le long de l'éprouvette
Écart admissible entre T et T
Température spécifiée, T Gradient de température maximal
i
admissible
°C °C
°C
T u 600 3
± 3
600 < T u 800 ± 4 4
800 < T u 1 000 ± 5 5
1 000 < T u 1 100 ± 6 6
Pour les températures spécifiées supérieures à 1 100 °C, les valeurs admissibles doivent être définies par
accord entre les parties concernées.
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Les températures indiquées (T) sont les températures mesurées à la surface de la partie calibrée de
i
l'éprouvette, les erreurs de toute nature étant prises en considération et les erreurs systématiques ayant été
corrigées.
NOTE Au lieu de mesurer la température à la surface de l'éprouvette, il est permis de procéder à des mesures
indirectes de la température de chaque zone de chauffage du four pour autant qu'il soit démontré que la tolérance définie
ci-avant est respectée.
Si on utilise un extensomètre, les parties de cet instrument en dehors du four doivent être conçues et
protégées de telle sorte que les variations de température de l'air aux alentours du four n'affectent pas
significativement les mesures 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 toutes les
mesures 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 Mesure de la température
6.3.2.1 Généralités
L'indicateur de température doit avoir une résolution de 0,5 °C au moins et l'équipement de mesure des
températures doit avoir une exactitude égale à ± 1 °C, ou meilleure.
6.3.2.2 Machines à éprouvette unique
Pour les machines à éprouvette unique, 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.
6.3.2.3 Machines à éprouvettes multiples
Pour les machines à éprouvettes multiples, il est recommandé 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. On
peut utiliser seulement trois thermocouples s’ils sont placés à des endroits appropriés du four et que l’on
dispose de données permettant de démontrer que, pour toutes les éprouvettes, la température respecte les
exigences en 6.3.1.
Dans le cas d’une mesure indirecte de température, les mesures régulières de contrôle sont requises 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.
6.3.2.4 Éprouvettes entaillées
La mesure de température des éprouvettes entaillées doit être conforme à 6.3.2.2 ou à 6.3.2.3. Il est
recommandé de placer un thermocouple à proximité de l'entaille.
6.3.2.5 Thermocouples
Les jonctions des thermocouples doivent assurer un bon contact thermique avec la surface de l'éprouvette et
doivent être protégées des radiations directes de la source de chaleur. Les parties des fils des thermocouples
restant à l'intérieur du four doivent être protégées thermiquement et isolées électriquement.
NOTE Ce paragraphe ne s'applique pas dans le cas d’une mesure indirecte de température.
6.3.3 Étalonnage des thermocouples et du système de mesure de température
NOTE Des informations relatives aux différents types de thermocouples sont données dans l'Annexe A.
6.3.3.1 Étalonnage des thermocouples
Il convient d'étalonner les thermocouples en métal rare, utilisés lors des essais de courte durée (typiquement
500 h au moins), au moins tous les 12 mois. Il est recommandé d'étalonner les thermocouples utilisés pour
des durées d’essai supérieures à 12 mois comme suit:
⎯ tous les 4 ans pour T u 600 °C;
⎯ tous les 2 ans pour 600 °C < T u 800 °C;
⎯ tous les ans pour T > 800 °C.
Si un essai dure plus longtemps que la période d’étalonnage indiquée ci-avant, le thermocouple doit être
étalonné à la fin de l’essai. Si un thermocouple est ressoudé, le thermocouple doit être étalonné à nouveau
avant utilisation.
Il doit être démontré que l'erreur du thermocouple utilisé a été établie à la température d'essai ou est
caractéristique d'un intervalle contenant la température d'essai.
S'il est démontré que la dérive du thermocouple n'influence pas les écarts admissibles de température
spécifiés en 6.3.1, le délai entre deux étalonnages peut être plus grand.
Les variations du signal de sortie d'un thermocouple peuvent être dues non seulement à des modifications
chimiques dues à une contamination, donnant lieu à une dérive, mais peuvent également résulter d'un
endommagement physique dû aux manipulations. Il convient de consigner les informations sur de tels
changements et de les tenir à disposition sur demande.
NOTE 1 La dérive du thermocouple dépend du type de thermocouple utilisé et de la durée d'exposition en température.
Si la dérive influence les écarts admissibles de température, il convient soit de réaliser des étalonnages plus
fréquents soit de procéder à une correction de la température indiquée par le thermocouple.
NOTE 2 Des informations relatives aux méthodes d'étalonnage des thermocouples sont données en Annexe B.
6.3.3.2 Étalonnage du système de mesure de la température
L'étalonnage du système 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 pour le domaine des températures
mesurées par l'équipement et les valeurs doivent être indiquées dans le rapport d'étalonnage.
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7 Éprouvettes
7.1 Forme et dimensions
En général, l'éprouvette est une éprouvette usinée, cylindrique proportionnelle (L =kS ) de section
ro o
transversale circulaire (voir Figure 2). Il convient que la valeur k soit généralement égale ou supérieure à 5,65
et la valeur utilisée doit être consignée dans le rapport d'essai, c'est-à-dire L W 5D.
ro
Dans des cas particuliers, l'éprouvette peut avoir une section transversale carrée ou rectangulaire ou une
autre forme. Les dispositions relatives aux éprouvettes cylindriques ne s'appliquent pas à ces éprouvettes
spécifiques.
En général, il convient que L ne dépasse pas L de plus de 10 % pour les éprouvettes circulaires ou de plus
ro c
de 15 % pour les éprouvettes carrées ou rectangulaires.
La liaison entre la longueur calibrée aux têtes d'amarrage qui peuvent être de toute forme adaptée aux
dispositifs de fixation de la machine d'essai doit être assurée par des congés de raccordement. Il convient que
le rayon de raccordement (R) soit compris entre 0,25D et 1D pour les éprouvettes cylindriques ou entre 0,25b
et 1b pour les éprouvettes à section carrée ou rectangulaire.
Sauf si la taille de l'échantillon ne le permet pas, l’aire initiale de la section transversale (S ) doit être
o
supérieure ou égale à 7 mm .
NOTE Dans certains cas, en particulier pour les matériaux fragiles, le rayon de raccordement peut être supérieur à
1D.
Dans le cas des éprouvettes ayant des rebords (collerettes) pour la fixation de l’extensomètre dans la
longueur calibrée, le rayon de raccordement des collerettes peut être inférieur à 0,25d; il convient de faire ce
choix pour minimiser les concentrations de contrainte et il convient que les contrôles ne révèlent pas de
rayure d’usinage. Pour les éprouvettes avec collerettes, le diamètre de la partie située entre la collerette et la
tête d’amarrage peut être jusqu’à 10 % plus grand que le diamètre de la longueur initiale entre repères; cela
devrait assurer une rupture à l’intérieur de la longueur entre repères.
Les têtes d'amarrage des éprouvettes doivent avoir le même axe que la longueur calibrée avec une tolérance
de coaxialité de:
⎯ 0,005D ou 0,03 mm, la plus grande des deux valeurs étant retenue, pour les éprouvettes cylindriques;
⎯ 0,005b ou 0,03 mm, la plus grande des deux valeurs étant retenue, pour les éprouvettes carrées ou
rectangulaires.
Lorsque l'oxydation constitue un facteur important, il convient d'utiliser des éprouvettes d’aire initiale de la
section transversale (S ) plus grande.
o
La longueur initiale de référence doit être déterminée avec une incertitude de mesure de ± 1 %. Il convient de
déterminer la longueur ultime de référence avec une incertitude de mesure de ± 1 %.
Quand une éprouvette entaillée est utilisée, il convient de définir par accord la géométrie et la position de
cette entaille.
7.2 Préparation
L'éprouvette doit être usinée de façon à minimiser toute déformation résiduelle ou tout défaut de surface.
Les tolérances de forme doivent être conformes au Tableau 3 pour les éprouvettes de section transversale
circulaire et au Tableau 4 pour les éprouvettes de section transversale carrée ou rectangulaire.
Tableau 3 — Tolérances de forme des éprouvettes
de section transversale circulaire
Dimensions en millimètres
a
Diamètre nominal
Tolérances de forme
D
3 < D u 6 0,02
6 < D u 10 0,03
10 < D u 18 0,04
0,05
18 < D u 30
a
Écart maximal entre les mesurages d'une dimension transversale, déterminée tout au
long de la longueur calibrée de l'éprouvette (voir l’ISO 286-2).
Tableau 4 — Tolérances de forme des éprouvettes
de section transversale carrée ou rectangulaire
Dimensions en millimètres
a
Dimension nominale
Tolérance de forme
b
0,02
3 < b u 6
0,03
6 < b u 10
0,04
10 < b u 18
18 < b u 30 0,05
a
Écart maximal entre les mesures d'une dimension transversale, déterminée tout au long
de la longueur calibrée de l'éprouvette (voir l’ISO 286-2).
Il est recommandé que la valeur minimale de l'aire initiale de la section transversale se situe dans les deux
tiers centraux de la longueur calibrée ou de la longueur de référence, celle qui est la plus petite.
Lorsque l'éprouvette comporte une entaille (voir Annexe C), son profil doit être vérifié pour s'assurer qu'il
respecte les tolérances spécifiées dans la norme de produit correspondante.
7.3 Détermination de l’aire initiale de la section transversale
L’aire initiale de la section transversale (S ) doit être calculée à partir de mesurages de dimensions
o
appropriées de la longueur calibrée de l'éprouvette. Chaque dimension appropriée doit être mesurée avec
une incertitude de mesure égale à la plus grande des deux valeurs entre ± 0,1 % et 0,01 mm.
Les dimensions de l’éprouvette doivent être déterminées en trois emplacements de la longueur entre repères
et la valeur minimale calculée de l’aire de la section transversale doit être utilisée pour déterminer la force
appliquée correspondant à la contrainte spécifiée.
7.4 Marquage de la longueur initiale entre repères, L
o
Chaque extrémité de la longueur initiale entre repères doit être marquée avec de fines marques ou des traits
de pointe sèche, ou par d’autres moyens, à l'exclusion d'entailles qui pourraient causer une rupture
prématurée.
Lorsqu’il y a un marquage, la longueur initiale entre repères doit être marquée avec une exactitude de ± 1 %.
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NOTE Dans certains cas, il peut être utile de tracer sur la surface de l'éprouvette, une ligne parallèle à l'axe
longitudinal, le long de laquelle la longueur entre repères est tracée. Le marquage de L n’est pas nécessaire lorsqu’une
o
éprouvette avec de petites collerettes est utilisée (voir Figure 2 c).
7.5 Détermination de la longueur de référence, L
r
Lorsque l’extensomètre est fixé soit aux collerettes sur la longueur calibrée soit aux épaulements de
l’éprouvette, la longueur de référence doit être calculée au moyen de l’équation suivante:
2n
⎡⎤
L=+LD2/dl (6)
()
rc ∑ ii
⎢⎥
⎣⎦
i
Voir Figure 2 e), où
n est l’exposant de contrainte à la température d’essai pour le matériau soumis à l'essai. S’il n’est pas
connu, utiliser n = 5; et
l est l’incrément de longueur dans la zone de raccordement. L’expérience a montré qu’une valeur de
i
0,1 mm convient pour ces calculs.
Ce calcul doit être réalisé pour chaque modèle d’éprouvette; pour autant que les dimensions des éprouvettes
demeurent à l’intérieur des limites définies en 7.1 et 7.2, un nouveau calcul pour chaque éprouvette produite
selon ce modèle n’est pas requis.
8 Mode opératoire
8.1 Chauffage de l'éprouvette
L'éprouvette doit être portée à la température spécifiée (T). L'éprouvette, les dispositifs d'amarrage et
l'extensomètre doivent être en équilibre thermique.
Cet état doit être maintenu au moins pendant une heure avant l’application de la force à l'éprouvette, sauf
indication contraire de la norme de produit. Pour les essais ininterrompus, la durée maximale du maintien de
l'éprouvette à la température d'essai avant application de la force ne doit pas dépasser 24 h. Pour les essais
interrompus, il convient que ce temps ne dépasse pas 3 h et que le temps de maintien à la température
d'essai, sans force appliquée, après déchargement, ne dépasse pas 1 h.
Au cours de la période de chauffage, il convient que la température de l'éprouvette ne dépasse à aucun
moment la température spécifiée (T) affectée de ses tolérances. Si ces tolérances sont dépassées, cela doit
être consigné dans le rapport d'essai.
Pour les essais de fluage avec extensomètre, une faible force préliminaire (inférieure à 10 % de la force
d’essai) peut être appliquée de façon à maintenir l’ensemble du dispositif de chargement aligné lors du
chauffage de l’éprouvette (c’est-à-dire avant t = 0).
8.2 Application de la force d'essai
La force d'essai doit être appliquée selon l'axe d'essai de façon telle à minimiser la flexion et la torsion de
l'éprouvette.
La force appliquée doit être connue avec une exactitude d'au moins ± 1 %. L'application de la force d'essai
doit être réalisée sans à-coups et il convient qu'elle soit aussi rapide que possible.
Il convient d’apporter un soin particulier pendant le chargement des matériaux doux et cubiques à faces
centrées (CFC) car ils peuvent présenter un fluage pour de très faibles forces ou à la température ambiante.
Le début de l’essai de fluage et du mesurage de l’allongement de fluage est le temps (t = 0) lorsque la force
totale correspondant à la contrainte initiale est appliquée à l’éprouvette (voir Figure 1).
8.3 Interruptions de l'essai
8.3.1 Généralités
Il convient que le nombre d'interruptions périodiques soit suffisant pour obtenir les données d'allongement.
8.3.2 Machine à éprouvettes multiples avec plusieurs éprouvettes en ligne
Après la rupture d'une éprouvette, le bâti d’éprouvettes doit être retiré de la machine d'essai pour permettre le
remplacement. Reprendre les essais conformément à 8.1 et 8.2.
8.3.3 Interruption accidentelle de l'essai
Pour toute interruption accidentelle de l'essai due, par exemple, à un arrêt du chauffage ou à une coupure de
courant, les conditions de redémarrage de l'essai, après chaque interruption, doivent être enregistrées dans le
rapport d'essai. S’assurer que toute surcharge de l'éprouvette due au raccourcissement du système de mise
en charge est évitée. Il est recommandé de maintenir la force initiale appliquée durant ces interruptions.
8.4 Relevé de température et d'allongement
8.4.1 Température
Pendant tout l'essai, il importe d'effectuer un nombre suffisant de relevés de la température de l'éprouvette
pour montrer que les conditions de température satisfont aux exigences en 6.3.1.
8.4.2 Allongement
On doit effectuer tout au long de l'essai soit un enregistrement continu, soit un nombre suffisant de relevés de
l’allongement pour pouvoir tracer la courbe de fluage en fonction du temps (voir Figure 3).
Dans le cas où l'on se limite à la seule détermination d'un allongement de fluage pour une durée d'essai
spécifiée, le tracé de la courbe de fluage en fonction du temps n'est pas nécessaire. Seules les mesures
initiales et finales sont requises.
Pour les essais interrompus, le nombre d'interruptions périodiques pour mesurer l'allongement doit être choisi
de manière à rendre possible l'interpolation de la courbe de fluage en fonction du temps, avec une exactitude
suffisante pour déterminer les temps correspondant à l'allongement pour cent rémanent.
Pour les essais ininterrompus, l'allongement pour cent plastique initial A doit être déterminé.
i
NOTE Si l'on mesure la somme des allongements pour cent initiaux élastique et plastique, l'allongement élastique à
soustraire peut être déterminé à partir d'une procédure de mesure par étapes pendant le chargement ou à partir d'une
procédure de déchargement partiel pendant l'essai, ou il peut être déterminé après un essai de traction à tempéra
...
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