ISO 14556:2023
(Main)Metallic materials - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method
Metallic materials - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method
This document specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing on metallic materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment. With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148-1, this test provides further information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions. The results of instrumented Charpy test analyses are not directly transferable to structures or components and shall not be directly used in design calculations or safety assessments. NOTE General information about instrumented impact testing can be found in References [1] to [5].
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V — Méthode d'essai instrumenté
Le présent document spécifie une méthode d’essai instrumenté de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V pour les produits métalliques ainsi que les exigences concernant le matériel de mesure et d’enregistrement. Par rapport à l’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy décrit dans la norme ISO 148-1, le présent essai fournit des informations supplémentaires sur le comportement à la rupture du produit soumis à des conditions d’essai de choc. Les résultats d'analyses réalisées au moyen de l'essai Charpy instrumenté ne sont pas directement transférables à des structures ou à des composants et ne doivent pas être utilisée directement dans les calculs de conception ou bien dans l'évaluation de la sécurité. NOTE Des informations à caractère général sur la méthode d’essai de flexion par choc instrumenté peuvent être trouvées dans les Références [1] à [5].
General Information
Relations
Overview
ISO 14556:2023 - Metallic materials - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method - specifies an instrumented Charpy V-notch test used to record force, displacement and energy during pendulum impact testing of metallic materials. Building on the Charpy test method in ISO 148-1 and the machine verification in ISO 148-2, ISO 14556:2023 defines instrumentation, measurement, calibration and data-analysis requirements so users can extract detailed fracture-behaviour information from force‑displacement curves. The standard is explicit that instrumented Charpy results are for material behaviour characterization and are not directly transferable to component design or safety calculations.
Key topics and technical requirements
- Scope and principle: Measures impact force vs. bending displacement; area under the force‑displacement curve gives absorbed energy (W_t).
- Characteristic values defined: General yield force (F_gy), maximum force (F_m), unstable crack initiation (F_iu), crack arrest force (F_a), corresponding displacements (s_gy, s_m, s_iu, s_a) and partial energies (W_m, W_iu, W_a).
- Testing machine: Uses a pendulum impact tester in accordance with ISO 148-2; instrumentation must allow comparison between instrumented energy (W_t) and machine indicated energy (K_V).
- Instrumentation & calibration:
- Force transducers often implemented using strain gauges on the striker (full‑bridge arrangements); compensating gauges must not be placed on vibrating parts.
- Measurement systems shall be metrologically traceable to national/international standards.
- Dynamic performance: response ≥ 100 kHz (corresponding to signal rise time ≤ 3.5 μs).
- If W_t and K_V deviate by more than the larger of 10% of K_V or 2 J, check friction, calibration, software and consider the documented “dynamic force adjustment.”
- Annexes and special cases: Examples of instrumented strikers (Annex A), calibration support blocks (Annex B), methods for estimating ductile fracture proportion (Annex C), and rules for miniature test pieces (Annex D, normative).
Practical applications and users
ISO 14556:2023 is used for:
- Metallurgical research into fracture mechanisms and transition behaviour
- Materials qualification and comparative testing of steels and other metals
- Quality control laboratories requiring detailed impact-fracture data
- Test equipment manufacturers and calibration providers specifying instrumented strikers and data acquisition
- Standards committees and technical specialists developing material data sets
Note: Instrumented Charpy data are valuable for understanding fracture processes (e.g., crack initiation/arrest) but should not be used directly for structural design or safety assessments.
Related standards
- ISO 148-1: Charpy pendulum impact test - Test method
- ISO 148-2: Charpy pendulum impact test - Verification of testing machines
Keywords: ISO 14556:2023, instrumented Charpy V‑notch, Charpy pendulum impact test, force‑displacement curve, impact energy, strain gauge striker, instrumentation calibration.
Frequently Asked Questions
ISO 14556:2023 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Metallic materials - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method". This standard covers: This document specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing on metallic materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment. With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148-1, this test provides further information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions. The results of instrumented Charpy test analyses are not directly transferable to structures or components and shall not be directly used in design calculations or safety assessments. NOTE General information about instrumented impact testing can be found in References [1] to [5].
This document specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing on metallic materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment. With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148-1, this test provides further information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions. The results of instrumented Charpy test analyses are not directly transferable to structures or components and shall not be directly used in design calculations or safety assessments. NOTE General information about instrumented impact testing can be found in References [1] to [5].
ISO 14556:2023 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 14556:2023 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 14556:2015. 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 14556
Third edition
2023-05
Metallic materials — Charpy
V-notch pendulum impact test —
Instrumented test method
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette
Charpy à entaille en V — Méthode d'essai instrumenté
Reference number
© ISO 2023
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Characteristic values of force (see Figure 2) . 1
3.2 Characteristic values of displacement (see Figure 2) . 2
3.3 Characteristic values of impact energy . 2
4 Symbols and abbreviated terms.3
5 Principle . 3
6 Apparatus . 4
6.1 Testing machine . 4
6.2 Instrumentation and calibration . 4
6.2.1 Traceable measurement . 4
6.2.2 Force measurement . 4
6.2.3 Calibration . . . 5
6.2.4 Displacement measurement . 5
6.2.5 Recording apparatus . 6
6.2.6 Calibration interval . 6
7 Test piece . 6
8 Test procedure .6
9 Expression of results . 6
9.1 General . 6
9.2 Evaluation of the force-displacement curve . 7
9.3 Determination of the characteristic values of force . . 7
9.4 Determination of the characteristic values of displacement . 7
9.5 Determination of the characteristic values of impact energy . 9
10 Test report . 9
Annex A (informative) Examples of instrumented strikers .11
Annex B (informative) Example of support block for the calibration of a 2 mm striker .12
Annex C (informative) Formulae for the estimation of the proportion of ductile fracture
surface . .13
Annex D (normative) Instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing of miniature
test pieces .14
Bibliography .19
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee SC 4, Fatigue, fracture and toughness testing, in collaboration with the European
Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 459/SC 1, Test methods for steel
(other than chemical analysis), in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO
and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 14556:2015), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— in Clause 1, a sentence was added to state that results shall not be directly used in design calculations;
— in Clause 4, the symbol K (potential energy of the pendulum hammer) was added; the symbol KV
p
(absorbed energy) was changed to K ;
V
— in 6.1 and D.2.1, the application of the “dynamic force adjustment” was added;
— in 6.2.3, a generic statement about the stiffness of the support block was removed;
— in 6.2.5, the possibility of directly determining characteristic values from printed graphs was
removed;
— in Clauses 7 and 8, statements referring to Annex D when testing miniature test pieces were added;
— in 9.2, the characteristic values of force that can be evaluated from curves of Type A and B were
changed;
— in 9.3, it is now specified that F is determined after general yield;
m
— in Figure 2, force-displacement curves in columns 3 (actual recording) were replaced with better-
quality ones;
iv
— in Clause 10, a requirement to report the type of test piece (standard, subsize, or miniature) was
added;
— in Annex A, it was clarified that those shown are examples of instrumented strikers;
— in Annex D, alternative miniature test pieces were removed;
— in D.2.1, the deviation range between W and K was changed from ±0,5 J to ±10 % of K ;
t V V
— in D.3.1, dimensions for the standard miniature test piece were added; test temperature requirements
were removed; the test report section was removed;
— in the Bibliography, a new reference, [8], was added.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 14556:2023(E)
Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test
— Instrumented test method
1 Scope
This document specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing on metallic
materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment.
With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148-1, this test provides further
information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions.
The results of instrumented Charpy test analyses are not directly transferable to structures or
components and shall not be directly used in design calculations or safety assessments.
NOTE General information about instrumented impact testing can be found in References [1] to [5].
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 148-1, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method
ISO 148-2, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 2: Verification of testing machines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1 Characteristic values of force (see Figure 2)
3.1.1
general yield force
F
gy
force at the transition point from the linearly increasing part, discarding inertia peak(s), to the curved
increasing part of the force-displacement curve
Note 1 to entry: It represents an approximation of the force at which yielding occurs across the entire test piece
ligament (see 9.3).
3.1.2
maximum force
F
m
maximum force in the course of the force-displacement curve
3.1.3
unstable crack initiation force
F
iu
force at the beginning of a steep drop in the force-displacement curve (unstable crack initiation)
3.1.4
crack arrest force
F
a
force at the end (arrest) of unstable crack propagation
3.2 Characteristic values of displacement (see Figure 2)
3.2.1
general yield displacement
s
gy
displacement corresponding to the general yield force, F
gy
3.2.2
displacement at maximum force
s
m
displacement corresponding to the maximum force, F
m
3.2.3
displacement at unstable crack initiation
s
iu
displacement corresponding to the force at unstable crack initiation, F
iu
3.2.4
crack arrest displacement
s
a
displacement corresponding to the force at the end (arrest) of unstable crack propagation, F
a
3.2.5
total displacement
s
t
displacement at the end of the force-displacement curve
3.3 Characteristic values of impact energy
3.3.1
energy at maximum force
W
m
partial impact energy from s = 0 to s = s
m
Note 1 to entry: Calculated as the area under the force-displacement curve from s = 0 to s = s .
m
3.3.2
energy at unstable crack initiation
W
iu
partial impact energy from s = 0 to s = s
iu
Note 1 to entry: Calculated as the area under the force-displacement curve from s = 0 to s = s .
iu
3.3.3
crack arrest energy
W
a
partial impact energy from s = 0 to s = s
a
Note 1 to entry: Calculated as the area under the force-displacement curve from s = 0 to s = s .
a
3.3.4
total impact energy
W
t
energy absorbed by the test piece during the test
Note 1 to entry: Calculated as the area under the force-displacement curve from s = 0 to s = s .
t
4 Symbols and abbreviated terms
Symbol Designation Unit
f Output frequency limit Hz
g
F Force N
F Crack arrest force N
a
F General yield force N
gy
F Unstable crack initiation force N
iu
F Maximum force N
m
g Local acceleration due to gravity m/s
h Height of fall of the centre of strike of the pendulum (see ISO 148-2) m
K Initial potential energy (potential energy), as specified in ISO 148-1 J
p
K Absorbed energy for a V-notch test piece, as specified in ISO 148-1 J
V
m Effective mass of the pendulum corresponding to its effective weight kg
s Displacement m
s Crack arrest displacement m
a
s General yield displacement m
gy
s Displacement at unstable crack initiation m
iu
s Displacement at maximum force m
m
s Total displacement m
t
s(t) Displacement of the test piece at time t m
t Time s
t Time at the beginning of deformation of the test piece s
o
t Signal rise time s
r
v Initial striker impact velocity m/s
v(t) Striker impact velocity at time t m/s
W Crack arrest energy J
a
W Energy at unstable crack initiation J
iu
W Energy at maximum force J
m
W Total impact energy J
t
5 Principle
5.1 This test consists of measuring the impact force, in relation to the test piece bending displacement,
during an impact test carried out in accordance with ISO 148-1. The area under the force-displacement
curve is a measure of the energy absorbed by the test piece.
5.2 Force-displacement curves for different steel products and different temperatures can be quite
different, even though the areas under the curves and the absorbed energies are identical. If the force-
displacement curves are divided into characteristic parts, various phases of the test can be deduced
which provide considerable information about the behaviour of the test piece at impact loading rates.
6 Apparatus
6.1 Testing machine
A pendulum impact testing machine, in accordance with ISO 148-2, and instrumented to determine the
force-time or force-displacement curve shall be used.
Comparisons between the total impact energy, W , from the instrumentation (see 9.5) and the absorbed
t
energy indicated by the machine dial or encoder, K , shall be made.
V
NOTE The instrumentation and the machine dial or encoder measure similar but different quantities.
Differences are to be expected (see Reference [6]).
If deviations between K and W exceed the larger between 10 % of K or 2 J, the following should be
V t V
checked:
a) friction of the machine;
b) calibration of the measuring system;
c) software used;
d) the possibility of applying the so-called “dynamic force adjustment”, see Reference [7], whereby
forces are adjusted until W and K become equal.
t V
6.2 Instrumentation and calibration
6.2.1 Traceable measurement
The equipment used for all calibration measurements shall be metrologically traceable to national or
international standards of measurement.
6.2.2 Force measurement
Force measurement is usually achieved by using two active electric resistance strain gauges attached
to the standard striker to form a force transducer. Examples of designs are shown in Annex A.
A full bridge circuit is made by two equally stressed (active) strain gauges bonded to opposite sides of
the striker and by two compensating (passive) strain gauges, or by substitute resistors. Compensating
strain gauges shall not be attached to any part of the testing machine which experiences impact or
vibration effects.
NOTE 1 Alternatively, any other instrumentation to form a force transducer, which meets the required
performance levels, can be used.
The force measuring system (instrumented striker, amplifier, recording system) shall have a response
of at least 100 kHz, which corresponds to a rise time, t , of no more than 3,5 µs.
r
A simple dynamic assessment of the force measuring chain can be performed by measuring the
value of the first inertia peak. By experience, the dynamics of the measuring chain can be considered
satisfactory if a steel V-notch test piece shows an initial peak greater than 8 kN when using an impact
velocity between 5 m/s and 5,5 m/s. This is valid if the centres of the active strain gauges are 11 mm to
15 mm away from the striker contact point.
The instrumentation of the striker shall be adequate to give the required nominal force range. The
instrumented striker shall be designed to minimize its sensitivity to non-symmetric loading.
NOTE 2 Experience shows that with the V-notch test piece, nominal impact forces up to 40 kN can occur for
most steel types.
6.2.3 Calibration
Calibration of the recorder and measuring system may be performed statically in accordance with the
accuracy requirements given below and in 6.2.4.
It is recommended that the force calibration be performed with the striker built into the hammer
assembly.
Force is applied to the striker through a special load frame equipped with a calibrated load cell and
using a special support block in the position of the test piece.
The contact conditions shall be approximately equal to those of the test and give reproducible results.
NOTE An example of a suitable support block for the calibration of a 2 mm striker is given in Annex B.
The static linearity error of the built-in, instrumented striker, including all parts of the measurement
system up to the recording apparatus (printer, plotter, etc.), shall be within ±2 % of the recorded force,
between 50 % and 100 % of the nominal force range, and within ±1 % of the full scale force value
between 10 % and 50 % of the nominal force range (see Figure 1).
For the instrumented striker and the measuring system alone (without hammer assembly), it is
recommended that the accuracy be ±1 % of the recorded value between 10 % and 100 % of the nominal
range.
Key
X recorded value as percentage of nominal range
Y absolute error as percentage of nominal range
Figure 1 — Maximum permissible error of recorded values within the nominal force range
6.2.4 Displacement measurement
Displacement is normally determined from force-time measurements. See Clause 9.
Displacement can also be determined by non-contacting measurement of the displacement of the striker,
relative to the anvil, using optical, inductive, or capacitive methods. The signal transfer characteristics
of the displacement measurement system shall correspond to that of the force measuring system in
order to make the two recording systems synchronous.
The displacement measuring system shall be designed for nominal values up to 30 mm; linearity errors
in the measuring system shall yield measured values to within ±2 % in the range 1 mm to 30 mm. A
dynamic calibration of the displacement system can be achieved by releasing the pendulum without a
test piece in place, when the velocity is determined by Formula (1):
vg= 2 h (1)
The velocity signal registered when the pendulum passes through the lowest position shall correspond
to velocity v .
It is recommended that displacements between 0 mm and 1 mm be determined from time measurements
and the striker impact velocity, using double numerical integration as described in 9.1.
6.2.5 Recording apparatus
Recording of the dynamic signals is preferably achieved by digital storage recorders. In order to meet
the accuracies required in 6.2.3 and 6.2.4 with digital measurement and recording systems, at least
an 8 bit analogue-digital converter, with a sampling rate of 250 kHz (4 µs), is required; however, 12 bit
and 1 MHz are recommended. A minimum storage capacity
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14556
Troisième édition
2023-05
Matériaux métalliques — Essai de
flexion par choc sur éprouvette Charpy
à entaille en V — Méthode d'essai
instrumenté
Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test —
Instrumented test method
Numéro de référence
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© ISO 2023
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Valeurs caractéristiques de force (voir Figure 2) . 2
3.2 Valeurs caractéristiques de déplacement (voir Figure 2) . 2
3.3 Valeurs caractéristiques d'énergie . 3
4 Symboles et termes abrégés .3
5 Principe. 4
6 Appareillage . 4
6.1 Machine d’essai . 4
6.2 Instrumentation et étalonnage . 4
6.2.1 Mesures raccordées . 4
6.2.2 Mesure de la force . 5
6.2.3 Étalonnage . 5
6.2.4 Mesure du déplacement . 6
6.2.5 Enregistreur . 6
6.2.6 Intervalle entre étalonnages . 7
7 Éprouvette . 7
8 Mode opératoire . 7
9 Expression des résultats . 7
9.1 Généralités . 7
9.2 Évaluation de la courbe force-déplacement . 7
9.3 Détermination des valeurs caractéristiques de force . 8
9.4 Détermination des valeurs caractéristiques de déplacement . 8
9.5 Détermination des valeurs caractéristiques d’énergie . 10
10 Rapport d’essai .10
Annexe A (informative) Exemples de couteaux instrumentés.12
Annexe B (informative) Exemple de bloc support pour l'étalonnage d'un couteau de 2 mm .13
Annexe C (informative) Formules pour l'estimation de la proportion de surface de rupture
ductile .14
Annexe D (normative) Essai de flexion par choc instrumenté sur éprouvettes Charpy
à entaille en V miniatures .15
Bibliographie .21
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 4, Essais de fatigue, de fracture et de ténacité, en collaboration avec le Comité européen
de normalisation (CEN) comité technique CEN/TC 459/SC 1, Méthodes d'essai pour l'acier (autres que
l'analyse chimique), conformément à l'accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 14556:2015), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— dans l'Article 1, une phrase a été ajoutée pour indiquer que les résultats ne doivent pas être utilisés
directement dans les calculs de conception;
— dans l'Article 4, le symbole K (énergie potentielle du marteau-pendule) a été ajouté; le symbole KV
p
(énergie absorbée) a été remplacé par K ;
V
— dans 6.1 et D.2.1, l'application de “l'ajustement dynamique de la force” a été ajoutée;
— dans 6.2.3, une déclaration générique concernant la rigidité du bloc support a été supprimée;
— dans 6.2.5, la possibilité de déterminer directement les valeurs caractéristiques à partir de
graphiques imprimés a été supprimée;
— dans les Articles 7 et 8, des références à l'Annexe D lors de l'essai d'éprouvettes miniatures ont été
ajoutées;
— dans 9.2, les valeurs caractéristiques de la force qui peuvent être évaluées à partir des courbes de
type A et B ont été modifiées;
iv
— dans 9.3, il est maintenant précisé que F est déterminé après le rendement général;
m
— à la Figure 2, les courbes force-déplacement des colonnes 3 (enregistrement réel) ont été remplacées
par des courbes de meilleure qualité;
— dans l'Article 10, une obligation de signaler le type de pièce d'essai (standard, sous-dimension ou
miniature) a été ajoutée;
— dans l'Annexe A, il a été précisé que ceux qui sont présentés sont des exemples de percuteurs
instrumentés;
— dans l'Annexe D, les pièces d'essai miniatures alternatives ont été supprimées;
— dans D.2.1, l'écart entre W et K est passé de ±0,5 J à ±10 % de K ;
t V V
— dans D.3.1, les dimensions de l'éprouvette miniature standard ont été ajoutées; les exigences relatives
à la température d'essai ont été supprimées; la section sur le rapport d'essai a été supprimée;
— dans la Bibliographie, une nouvelle référence, [8], a été ajoutée.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 14556:2023(F)
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur
éprouvette Charpy à entaille en V — Méthode d'essai
instrumenté
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie une méthode d’essai instrumenté de flexion par choc sur éprouvette
Charpy à entaille en V pour les produits métalliques ainsi que les exigences concernant le matériel de
mesure et d’enregistrement.
Par rapport à l’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy décrit dans la norme ISO 148-1, le présent
essai fournit des informations supplémentaires sur le comportement à la rupture du produit soumis à
des conditions d’essai de choc.
Les résultats d'analyses réalisées au moyen de l'essai Charpy instrumenté ne sont pas directement
transférables à des structures ou à des composants et ne doivent pas être utilisée directement dans les
calculs de conception ou bien dans l'évaluation de la sécurité.
NOTE Des informations à caractère général sur la méthode d’essai de flexion par choc instrumenté peuvent
être trouvées dans les Références [1] à [5].
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 148-1, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 1: Méthode
d'essai
ISO 148-2, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 2: Vérification
des machines d'essai (mouton-pendule)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1 Valeurs caractéristiques de force (voir Figure 2)
3.1.1
force d’écoulement généralisé
F
gy
force au point de transition entre la partie linéairement croissante, sans tenir compte du ou des pics
d'inertie, et la partie courbe croissante de la courbe force-déplacement
Note 1 à l'article: Elle représente une approximation de la force à laquelle survient la plastification sur la totalité
du ligament de l’éprouvette (voir 9.3).
3.1.2
force maximale
F
m
force maximale sur la courbe force-déplacement
3.1.3
force à l’amorçage de la fissure instable
F
iu
force au début d'une chute brutale sur la courbe force-déplacement (amorçage de fissure instable)
3.1.4
force à l’arrêt de la fissure
F
a
force à la fin (arrêt) de la propagation d'une fissure instable
3.2 Valeurs caractéristiques de déplacement (voir Figure 2)
3.2.1
déplacement d’écoulement généralisé
s
gy
déplacement correspondant à la force d’écoulement généralisé, F
gy
3.2.2
déplacement à la force maximale
s
m
déplacement correspondant à la force maximale, F
m
3.2.3
déplacement à l’amorçage d'une fissure instable
s
iu
déplacement correspondant à l’amorçage de la fissure instable, F
iu
3.2.4
déplacement à l’arrêt de la fissure
s
a
déplacement associé à la force correspondant à la fin (arrêt) de la propagation de la fissure instable, F
a
3.2.5
déplacement total
s
t
déplacement à l’extrémité de la courbe force-déplacement
3.3 Valeurs caractéristiques d'énergie
3.3.1
énergie à la force maximale
W
m
énergie partielle de s = 0 à s = s
m
Note 1 à l'article: Calculée comme étant l'aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 à s = s .
m
3.3.2
énergie à l’amorçage de la fissure instable
W
iu
énergie partielle de s = 0 à s = s
iu
Note 1 à l'article: Calculée comme étant l'aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 à s = s .
iu
3.3.3
énergie à l’arrêt de la fissure
W
a
énergie partielle de s = 0 à s = s
a
Note 1 à l'article: Calculée comme étant l'aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 à s = s .
a
3.3.4
énergie totale
W
t
énergie absorbée par l’éprouvette pendant l’essai
Note 1 à l'article: Calculée comme étant l'aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 à s = s .
t
4 Symboles et termes abrégés
Symbole Signification Unité
f Limite de la fréquence de sortie Hz
g
F Force N
F Force à l’arrêt de la fissure N
a
F Force d’écoulement généralisé N
gy
F Force à l’amorçage de la fissure instable N
iu
F Force maximale N
m
g Accélération localisée due à la pesanteur m/s
h Hauteur de chute du centre du couteau du mouton-pendule (voir ISO 148-2) m
K Énergie potentielle initiale (énergie potentielle), comme défini dans la norme J
p
ISO 148-1
K Énergie absorbée pour une éprouvette à encoche en V, comme défini dans la norme J
v
ISO 148-1
m Masse effective du pendule correspondant à son poids effectif kg
s Déplacement m
s Déplacement à l’arrêt de la fissure m
a
s Déplacement d’écoulement généralisé m
gy
s Déplacement à l’amorçage de la fissure instable m
iu
s Déplacement à la force maximale m
m
s Déplacement total m
t
s Déplacement de l'éprouvette au temps t m
(t)
t Temps s
Symbole Signification Unité
t Temps au début de la déformation de l’éprouvette s
o
t Temps de montée du signal s
r
v Vitesse initiale d’impact du couteau m/s
v Vitesse d’impact du couteau à l’instant t m/s
(t)
W Energie à l’arrêt de la fissure J
a
W Energie à l’amorçage de la fissure instable J
iu
W Energie à la force maximale J
m
W Energie totale J
t
5 Principe
5.1 Le présent essai consiste à mesurer la force d’impact, en fonction du déplacement en flexion de
l’éprouvette, pendant un essai de flexion par choc réalisé conformément à l’ISO 148-1. L’aire sous la
courbe force-déplacement définit l’énergie absorbée par l’éprouvette.
5.2 Les courbes force-déplacement pour différents produits en acier et différentes températures
peuvent être très différentes, même si les aires sous les courbes et les énergies absorbées sont identiques.
Si l’on subdivise les courbes force-déplacement en zones caractéristiques, les différentes phases de
l’essai peuvent en être déduites, ce qui fournit des renseignements importants sur le comportement de
l’éprouvette sollicitée à des vitesses de mise en charge correspondant aux chocs.
6 Appareillage
6.1 Machine d’essai
Un mouton-pendule, conforme à l’ISO 148-2 et instrumenté de façon à déterminer la courbe force-temps
ou la courbe force-déplacement, doit être utilisé.
Des comparaisons entre l’énergie totale, W , donnée par l’instrumentation (voir 9.5) et l’énergie
t
absorbée, K , indiquée par le cadran de la machine ou un système d’enregistrement approprié, doivent
V
être réalisées.
NOTE L’instrumentation et le cadran ou le système d’enregistrement mesurent des quantités similaires mais
différentes. On peut s’attendre à des différences notables (voir Référence [6]).
Si les écarts entre K et W dépassent la plus grande des deux valeurs entre 10 % de K ou 2 J, il convient
V t V
de vérifier:
a) le frottement de la machine;
b) l’étalonnage du système de mesure de la force;
c) le logiciel utilisé pour l’étalonnage;
d) la possibilité d'appliquer ledit «ajustement de force dynamique», voir Référence [7], par lequel les
forces sont ajustées jusqu'à ce que les valeurs W et K deviennent égales.
t V
6.2 Instrumentation et étalonnage
6.2.1 Mesures raccordées
L’équipement utilisé pour toutes les mesures d’étalonnage doit être raccordé à des étalons nationaux ou
internationaux de mesure.
6.2.2 Mesure de la force
La mesure de la force est habituellement effectuée en utilisant deux jauges de déformation à résistance
électrique liées au couteau standard pour former un capteur de force. Des exemples de conceptions sont
donnés dans l’Annexe A.
Un circuit en pont complet est constitué par deux jauges de déformation soumises à la même sollicitation
(actives) collées sur les deux faces opposées du couteau et deux jauges de déformation de compensation
(passives) ou des résistances électriques s’y substituant. Les jauges de déformation de compensation ne
doivent être reliées à aucune partie de la machine soumise aux effets du choc ou à des vibrations.
NOTE 1 De manière alternative, toute autre instrumentation pour constituer un capteur de force, qui répond
aux niveaux de performance requis, peut être utilisée.
Le système de mesure de force (couteau instrumenté, amplificateur, système d’enregistrement) doit
avoir une réponse d’au moins 100 kHz, ce qui correspond à un temps de montée, t , d’au plus 3,5 μs.
r
Une caractéristation dynamique simple de la chaîne de mesure de force peut être réalisée en mesurant
la valeur du premier pic d’inertie. Par expérience, la dynamique d’une chaîne de mesure peut être
considérée comme satisfaisante, si une éprouvette à entaille en V en acier indique un pic initial
supérieur à 8 kN, lorsqu’on utilise une vitesse d’impact comprise entre 5 m/s et 5,5 m/s. Cela est valable
si les centres des jauges de déformation actives sont situés de 11 mm à 15 mm du point de contact du
couteau.
L’instrumentation du couteau doit être telle qu’elle donne l’étendue requise de force nominale. Le couteau
instrumenté doit être conçu de façon à minimiser sa sensibilité à un chargement non symétrique.
NOTE 2 L’expérience montre qu’avec l’éprouvette à entaille en V, des forces nominales d’impact supérieures à
40 kN peuvent être obtenues pour tous les types d’acier.
6.2.3 Étalonnage
L’étalonnage du système de mesure et de l’enregistreur peut être réalisé, de manière statique,
conformément aux exigences de précision données ci-après et en 6.2.4.
Il est recommandé que l’étalonnage de la force soit réalisé avec le couteau monté dans le marteau.
La force est appliquée au couteau à l’aide d’un bâti spécial équipé d’une cellule de mesure de force
étalonnée et en utilisant un bloc support spécial à la place de l’éprouvette.
Les conditions de contact doivent être approximativement celles de l’essai et doivent donner des
résultats reproductibles.
NOTE Un exemple de bloc support adéquat pour l’étalonnage d’un couteau de 2 mm est donné dans
l’Annexe B.
L'erreur de linéarité statique du couteau instrumenté intégré, incluant toutes les parties du système
de mesure jusqu’à l’enregistreur (imprimante, enregistreur graphique, etc.) doit être à ±2 % de la force
enregistrée, entre 50 % et 100 % de l’étendue de force nominale, et à ±1 % de la force pleine échelle
entre 10 % et 50 % de l’étendue de force nominale (voir Figure 1).
Pour le couteau instrumenté et le système de mesure seul (sans montage du marteau), il est recommandé
que la précision soit de ±1 % de la valeur enregistrée entre 10 % et 100 % de l’étendue nominale.
Légende
X valeur enregistrée en pourcentage de l’étendue de force nominale
Y erreur absolue en pourcentage de l’étendue de force nominale
Figure 1 — Erreur maximale admissible des valeurs enregistrées dans l’étendue de force
nominale
6.2.4 Mesure du déplacement
Le déplacement est normalement déterminé à partir des mesures force-temps. Voir Article 9.
Le déplacement peut également être déterminé par une mesure sans contact du déplacement du couteau
par rapport à l’enclume, en utilisant des méthodes optique, inductive ou capacitive. Les caractéristiques
du transfert du signal du système de mesure du déplacement doivent correspondre à celles du système
de mesure de la force de façon à rendre synchrones les deux systèmes d’enregistrement.
Le système de mesure de déplacement doit être conçu pour des valeurs nominales allant jusqu’à 30 mm;
les erreurs de linéarité du système de mesure doivent donner des valeurs mesurées à ±2 % dans la
gamme 1 mm à 30 mm. Un étalonnage dynamique du système de mesure du déplacement peut être
obtenu en libérant le pendule sans éprouvette mise en place lorsque la vitesse est déterminée par la
Formule (1):
vg= 2 h (1)
Le signal de la vitesse enregistré lorsque le mouton pendule passe par la position la plus basse doit
correspondre à la vitesse v .
Il est recommandé que les déplacements compris entre 0 mm et 1 mm soient déterminés à partir des
mesures du temps et de la vitesse d’impact du couteau, en utilisant une double intégration comme décrit
au 9.1.
6.2.5 Enregistreur
L’enregistrement des signaux dynamiques est préférentiellement obtenu par des enregistreurs
numériques à mémoire. Afin de satisfaire les précisions requises en 6.2.3 et 6.2.4 avec des systèmes
de mesure et d’enregistrement numériques, un convertisseur analogique-numérique à 8 bits avec une
fréquence d’échantillonnage de 250 kHz (4 μs) est au moins nécessaire; cependant, il est recommandé
d’en utiliser un à 12 bits et 1 MHz. Une capacité de stockage de 2 000 points expérimentaux est requise
pour chaque signal sur une durée de 8 ms si l’on veut un enregistrement adéquat;
...
Questions, Comments and Discussion
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