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.
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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 204:2009(E)
©
ISO 2009
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ISO 204:2009(E)
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Published in Switzerland
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ISO 204:2009(E)
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
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ISO 204:2009(E)
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
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ISO 204:2009(E)
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 .
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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.
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ISO 204:2009(E)
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
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ISO 204:2009(E)
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
2) 1 MPa = 1 N/mm .
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ISO 204:2009(E)
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
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ISO 204:2009(E)
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
2
S
Original cross-sectional area of the parallel length
mm
o
2
S Minimum cross-sectional area after rupture
mm
u
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ISO 204:2009(E)
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:
375
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:
375
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:
375
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:
375
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.
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ISO 204:2009(E)
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.
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ISO 204:2009(E)
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.
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ISO 204:2009(E)
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.
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ISO 204:2009(E)
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 o
...
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 204:2009(F)
©
ISO 2009
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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
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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.
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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 .
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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.
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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
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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
2) 1 MPa = 1 N/mm .
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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
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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
2
S Aire initiale de la section transversale de la longueur calibrée
mm
o
2
S
mm Aire minimale de la section transversale après rupture
u
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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:
375
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:
375
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:
375
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:
375
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.
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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 régu
...
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