Corrosion of metals and alloys -- Stress corrosion testing

This document specifies procedures for designing, preparing and using precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. It gives recommendations for the design, preparation and use of precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. Recommendations concerning notched specimens are given in Annex A. The term "metal" as used in this document includes alloys. Because of the need to confine plasticity at the crack tip, precracked specimens are not suitable for the evaluation of thin products, such as sheet or wire, and are generally used for thicker products including plate bar and forgings. They can also be used for parts joined by welding. Precracked specimens can be loaded with equipment for application of a constant load or can incorporate a device to produce a constant displacement at the loading points. Tests conducted under increasing displacement or increasing load are dealt with in ISO 7539-9. A particular advantage of precracked specimens is that they allow data to be acquired, from which critical defect sizes, above which stress corrosion cracking can occur, can be estimated for components of known geometry subjected to known stresses. They also enable rates of stress corrosion crack propagation to be determined. The latter data can be taken into account when monitoring parts containing defects during service.

Corrosion des métaux et alliages -- Essais de corrosion sous contrainte

Le présent document spécifie les procédures de conception, de préparation et d'utilisation d'éprouvettes préfissurées servant ŕ évaluer la sensibilité ŕ la corrosion sous contrainte. Il donne des recommandations pour la conception, la préparation et l'utilisation d'éprouvettes préfissurées pour évaluer la sensibilité ŕ la corrosion sous contrainte. Des recommandations relatives aux éprouvettes entaillées sont données dans l'Annexe A. Pour les besoins du présent document, le terme « métal » inclut également les alliages. Comme il est nécessaire de confiner la déformation plastique en fond de fissure, les éprouvettes préfissurées ne se prętent pas ŕ l'évaluation des produits minces tels que les tôles minces et les fils, et sont généralement utilisées pour des produits plus épais tels que les tôles en barres et les pičces forgées. Elles peuvent aussi ętre utilisées pour des pičces assemblées par soudage. Les éprouvettes préfissurées peuvent ętre soumises ŕ une contrainte ŕ l'aide d'appareils exerçant une charge constante ou comprenant un dispositif qui engendre un déplacement constant des points d'application de la charge. Les essais sous déplacement croissant ou sous charge croissante sont traités dans l'ISO 7539‑9. Les éprouvettes préfissurées présentent l'avantage de permettre l'acquisition de données dont on peut déduire les tailles critiques de défaut au-delŕ desquelles une fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire au niveau de pičces de géométrie connue soumises ŕ des efforts connus. Ces éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de propagation des fissures de corrosion sous contrainte. Ces derničres données peuvent ętre prises en compte dans le cadre de la surveillance en service de pičces comportant des défauts.

General Information

Status
Published
Publication Date
21-Aug-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
28-Jul-2018
Completion Date
22-Aug-2018
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7539-6
Fourth edition
2018-08
Corrected version
2018-11
Corrosion of metals and alloys —
Stress corrosion testing —
Part 6:
Preparation and use of precracked
specimens for tests under constant
load or constant displacement
Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous
contrainte —
Partie 6: Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées pour
essais sous charge constante ou sous déplacement constant
Reference number
ISO 7539-6:2018(E)
ISO 2018
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ISO 7539-6:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 7539-6:2018(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 4

5 Specimens .................................................................................................................................................................................................................... 5

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

5.2 Specimen design .................................................................................................................................................................................... 7

5.3 Stress intensity factor considerations ......... .....................................................................................................................17

5.4 Specimen preparation ...................................................................................................................................................................23

5.5 Specimen identification ................................................................................................................................................................25

6 Initiation and propagation of fatigue cracks ........................................................................................................................25

7 Procedure..................................................................................................................................................................................................................27

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................27

7.2 Environmental considerations ...............................................................................................................................................27

7.3 Environmental chamber ..............................................................................................................................................................28

7.4 Environmental control and monitoring .........................................................................................................................29

7.5 Determination of K by crack arrest ...........................................................................................................................29

ISCC

7.6 Determination of K by crack initiation ...................................................................................................................32

ISCC

7.7 Measurement of crack velocity ..............................................................................................................................................34

8 Test report ................................................................................................................................................................................................................35

Annex A (informative) Use of notched specimens for stress corrosion tests ..........................................................36

Annex B (informative) Determination of crack growth velocity...........................................................................................39

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................40

© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO 7539-6:2018(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.

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 156, Corrosion of metals and alloys, in

collaboration with the National Physical Laboratory (United Kingdom).

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 7539-6:2011), which has been technically

revised to revise Figure 14.

This corrected version of ISO 7539-6:2018 incorporates the following corrections:

— in Figure 2, the symbol “^” has been corrected to “≥” in two places.
A list of all parts in the ISO 7539 series can be found on the ISO website.

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.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7539-6:2018(E)
Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion
testing —
Part 6:
Preparation and use of precracked specimens for tests
under constant load or constant displacement
1 Scope

This document specifies procedures for designing, preparing and using precracked specimens for

investigating susceptibility to stress corrosion. It gives recommendations for the design, preparation

and use of precracked specimens for investigating susceptibility to stress corrosion. Recommendations

concerning notched specimens are given in Annex A.
The term “metal” as used in this document includes alloys.

Because of the need to confine plasticity at the crack tip, precracked specimens are not suitable for the

evaluation of thin products, such as sheet or wire, and are generally used for thicker products including

plate bar and forgings. They can also be used for parts joined by welding.

Precracked specimens can be loaded with equipment for application of a constant load or can

incorporate a device to produce a constant displacement at the loading points. Tests conducted under

increasing displacement or increasing load are dealt with in ISO 7539-9.

A particular advantage of precracked specimens is that they allow data to be acquired, from which

critical defect sizes, above which stress corrosion cracking can occur, can be estimated for components

of known geometry subjected to known stresses. They also enable rates of stress corrosion crack

propagation to be determined. The latter data can be taken into account when monitoring parts

containing defects during service.
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 7539-1, Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing — Part 1: General guidance on testing

procedures
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7539-1 and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO 7539-6:2018(E)
3.1
crack length

distance from the crack tip to either the mouth of the notch or the loading point axis, depending on the

specimen geometry
3.2
specimen width

distance from the back face to either the face containing the notch or the loading plane, depending on

the specimen geometry
3.3
specimen thickness
side-to-side dimension of the specimen being tested
3.4
reduced thickness at side grooves
minimum side-to-side dimension between the notches in side-grooved specimens
3.5
specimen half-height

50 % of the distance between both sides of the specimen measured parallel to the direction of load (3.6)

application for compact tension, double cantilever beam and modified wedge-opening-loaded test pieces

3.6
load

force, which, when applied to the specimen, is considered positive if its direction is such as to cause the

crack faces to move apart
3.7
deflection at loading point axis

crack opening displacement produced at the loading line during the application of load (3.6) to a

constant displacement specimen
3.8
deflection away from the loading line

crack opening displacement produced at a location remote from the loading plane, e.g. at knife edges

located at the notch mouth, during the application of load (3.6) to a constant displacement specimen

3.9
modulus of elasticity

ratio of stress to strain without deviation in proportionality of the stress and strain (Hooke’s law)

2 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 7539-6:2018(E)
3.10
stress intensity factor

function of applied load (3.6), crack length (3.1) and specimen geometry having dimensions of

stress × √length which uniquely define the elastic-stress field intensification at the tip of a crack

subjected to opening mode displacements (mode I)

Note 1 to entry: It has been found that stress intensity factors, calculated assuming that specimens respond

purely elastically, correlate with the behaviour of real cracked bodies, provided that the size of the zone of

plasticity at the crack tip is small compared to the crack length and the length of the uncracked ligament. In this

document, mode I is assumed and the subscript I is implied everywhere.
3.11
initial stress intensity factor
stress intensity applied at the commencement of the stress corrosion test
3.12
plane strain fracture toughness

critical value of K at which the first significant environmentally independent extension of the crack

occurs under the influence of rising stress intensity under conditions of high resistance to plastic

deformation
3.13
provisional value of K
K = K when the validity criteria for plane strain predominance are satisfied
Q Ic
3.14

threshold stress intensity factor for susceptibility to stress corrosion cracking

ISCC

stress intensity factor (3.10) above which stress corrosion cracking will initiate and grow for the

specified test conditions under conditions of high resistance to plastic deformation, i.e. under plane

strain predominant conditions
3.15
provisional value of K
ISCC
QSCC
K = K when the validity criteria for plane strain predominance are satisfied
QSCC ISCC
3.16
maximum stress intensity factor
K in fatigue
max

highest algebraic value of the stress intensity factor (3.10) in a cycle, corresponding to the maximum

load (3.6)
3.17
0,2 % proof stress
p0,2

stress which is applied to produce a plastic strain of 0,2 % during a tensile test

3.18
applied stress
stress resulting from the application of load (3.6) to the specimen
© ISO 2018 – All rights reserved 3
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ISO 7539-6:2018(E)
3.19
stress intensity factor coefficient

factor derived from the stress analysis for a particular specimen geometry which relates the stress

intensity factor (3.10) for a given crack length (3.1) to the load (3.6) and specimen dimensions

3.20
load ratio in fatigue loading
algebraic ratio of minimum to maximum load (3.6) in a cycle:
P K
min min
R==
P K
max max
3.21
crack velocity

instantaneous rate of stress corrosion crack propagation measured by a continuous crack monitoring

technique
3.22
average crack velocity

average rate of crack propagation calculated by dividing the change in crack length (3.1) due to stress

corrosion by the test duration
3.23
specimen orientation

fracture plane of the specimen identified in terms of firstly the direction of stressing and secondly

the direction of crack growth expressed with respect to three reference axes identified by the letters

X, Y and Z
Note 1 to entry: Where X, Y and Z are defined as follows:
X is coincident with the direction of grain flow (longitudinal axis);

Z is coincident with the main working force used during manufacture of the material (short-

transverse axis);
Y is normal to the X and Z axes.
4 Principle

4.1 The use of precracked specimens acknowledges the difficulty of ensuring that crack-like defects

introduced during either manufacture or subsequent service are totally absent from structures.

Furthermore, the presence of such defects can cause a susceptibility to stress corrosion cracking which in

some materials (e.g. titanium) may not be evident from tests under constant load on smooth specimens.

The principles of linear elastic fracture mechanics can be used to quantify the stress situation existing at

the crack tip in a precracked specimen or structure in terms of the plane strain-stress intensity.

4.2 The test involves subjecting a specimen in which a crack has been developed by fatigue from a

machined notch to either a constant load or displacement at the loading points during exposure

to a chemically aggressive environment. The objective is to quantify the conditions under which

environmentally assisted crack extension can occur in terms of the threshold stress intensity for stress

corrosion cracking, K , and the kinetics of crack propagation.
ISCC

4.3 The empirical data can be used for design or life prediction purposes, in order to ensure either that

the stresses within large structures are insufficient to promote the initiation of environmentally assisted

cracking, whatever pre-existing defects may be present, or that the amount of crack growth which would

occur within the design life or inspection periods can be tolerated without the risk of unstable failure.

4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 7539-6:2018(E)

4.4 Stress corrosion cracking is influenced by both mechanical and electrochemical driving forces.

The latter can vary with crack depth, opening or shape because of variations in crack-tip chemistry and

electrode potential and may not be uniquely described by the fracture-mechanics stress intensity factor.

4.5 The mechanical driving force includes both applied and residual stresses. The possible influence of

the latter shall be considered in both laboratory testing and the application to more complex geometries.

Gradients in residual stress in a specimen may result in non-uniform crack growth along the crack front.

5 Specimens
5.1 General

5.1.1 A wide range of standard specimen geometries of the type used in fracture toughness tests may

be applied. The particular type of specimen used will be dependent upon the form, the strength and the

susceptibility to stress corrosion cracking of the material to be tested and also on the objective of the test.

5.1.2 A basic requirement is that the dimensions be sufficient to maintain predominantly triaxial (plane

strain) conditions in which plastic deformation is limited to the vicinity of the crack tip. Experience with

fracture toughness testing has shown that, for a valid K measurement, both the crack length, a, and the

thickness, B, shall not be less than:
 
25,  
 
p02,
 
and that, where possible, larger specimens where both a and B are at least:
 
4 
 
p,02
 
shall be used to ensure adequate constraint.

From the point of view of fracture mechanics, a minimum thickness from which an invariant value of

K is obtained cannot be specified at this time. The presence of an aggressive environment during

ISCC

stress corrosion may reduce the extent of plasticity associated with fracture and hence the specimen

dimensions needed to limit plastic deformation. However, in order to minimize the risk of inadequate

constraint, it is recommended that similar criteria to those used during fracture toughness testing also

be used regarding specimen dimensions, i.e. both a and B shall be not less than:
 
25,  
 
p02,
 
and preferably should be not less than:
 
 
 
p,02
 
where K is the stress intensity to be applied during testing.

The threshold stress intensity value eventually determined should be substituted for K in the first of

these expressions as a test for its validity.

5.1.3 If the specimens are to be used for the determination of K , the initial specimen size should

ISCC

be based on an estimate of the K of the material (in the first instance, it is better to over-estimate

ISCC

the K value and therefore use a larger specimen than may eventually be found necessary). Where

ISCC
© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO 7539-6:2018(E)

the service application involves the use of material of insufficient thickness to satisfy the conditions for

validity, it is permissible to test specimens of similar thickness, provided that it is clearly stated that

the threshold intensity value obtained, K , is of relevance only to that specific application. Where

QSCC

determining stress corrosion crack growth behaviour as a function of stress intensity is required, the

specimen size shall be based on an estimate of the highest stress intensity at which crack growth rates

are to be measured.
5.1.4 Two basic types of specimen can be used:

a) those intended for testing under constant displacement, which are invariably self-loaded by means

of built-in loading bolts;

b) those intended for testing under constant load, for which an external means of load application is

required.

5.1.5 Constant displacement specimens, being self-loaded, have the advantage of economy in use

since no external stressing equipment is required. Their compact dimensions also facilitate exposure

to operating service environments. They can be used for the determination of K by the initiation of

ISCC

stress corrosion cracks from the fatigue precrack, in which case a series of specimens must be used to

pinpoint the threshold value, or by the arrest of a propagating crack since, under constant displacement

testing conditions, the stress intensity decreases progressively as crack propagation occurs. In this case,

a single specimen will suffice in principle, but, in practice, the use of several specimens (not less than

three) is often recommended, taking into account the disadvantages described in 5.1.6.

5.1.6 The disadvantages of constant displacement specimens are as follows:
a) applied loads can only be measured indirectly by displacement changes;

b) oxide formation or corrosion products can either wedge open the crack surfaces, thus changing

the applied displacement and load, or can block the crack mouth, thus preventing the ingress of

corrodent and impairing the accuracy of crack length measurements by electrical resistance

methods;

c) crack branching, blunting or growth out of plane can invalidate crack arrest data;

d) crack arrest must be defined by crack growth below some arbitrary rate, which can be difficult to

measure accurately;

e) elastic relaxation of the loading system during crack growth can cause increased displacement and

higher loads than expected;

f) plastic relaxation due to time-dependent processes within the specimen can cause lower loads than

expected;

g) it is sometimes impossible to introduce the test environment prior to application of the load, which

can retard crack initiation during subsequent testing.

5.1.7 Constant load specimens have the advantage that stress parameters can be quantified with

confidence. Since crack growth results in increasing crack opening, there is less likelihood that oxide

films will either block the crack or wedge it open. Crack length measurements can be readily made via

a number of continuous monitoring methods. A wide choice of constant load specimen geometries is

available to suit the form of the test material, the experimental facilities available and the objectives of

the test. This means that crack growth can be studied under either bend or tension loading conditions.

The specimens can be used for either the determination of K by the initiation of a stress corrosion

ISCC

crack from a pre-existing fatigue crack using a series of specimens, or for measurements of crack growth

rates. Constant load specimens can be loaded during exposure to the test environment in order to avoid

the risk of unnecessary incubation periods.
6 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 7539-6:2018(E)

5.1.8 The principal disadvantage of constant load specimens is the expense and bulk associated with

the need for an external loading system. Bend specimens can be tested in relatively simple cantilever

beam equipment, but specimens subjected to tension loading require constant load creep rupture or

similar testing machines. In this case, the expense can be minimized by testing chains of specimens

connected by loading links which are designed to prevent unloading on the failure of specimens. The

size of these loading systems means that it is difficult to test constant load specimens under operating

conditions, but they can be tested in environments bled off from operating systems.

5.2 Specimen design

5.2.1 Figure 1 shows some of the precracked specimen geometries which are used for stress corrosion

testing.
5.2.2 Constant load specimens can be of two distinct types:
a) those in which the stress intensity increases with increasing crack length;

b) those in which the stress intensity is effectively independent of crack length.

Type a) is suitable for K determinations and studies of crack propagation rates as a function of K ,

ISCC I
while type b) is useful for fundamental studies of stress corrosion mechanisms.

5.2.3 Increasing-K constant load specimens can be subjected to either tension or bend loading.

Depending on the design, tension-loaded specimens can experience stresses at the crack tip which are

predominantly tensile (as in remotely-loaded tension types such as the centre-cracked plate) or contain

a significant bend component (as in crackline-loaded types such as compact tension specimens). The

presence of significant bending stress at the crack tip can adversely affect the crack path stability during

stress corrosion testing and can facilitate crack branching in certain materials. Bend specimens can be

loaded in 3-point, 4-point or cantilever bend fixtures.

5.2.4 Constant-K constant load specimens can be subjected to either torsion loading as in the case of

the double-torsion single edge cracked plate specimen, or tension loading as in the case of contoured

double-cantilever-beam specimens. Although loaded in tension, the design of the latter specimens

produces crackline bending with an associated tendency for crack growth out of plane, which can be

curbed by the use of side grooves.

5.2.5 Constant displacement specimens are usually self-loaded by means of a loading bolt in one arm

which impinges on either an anvil or a second loading bolt in the opposite arm. Two types are available:

a) those which are (W−a) dominated, such as the modified wedge-opening-loaded (modified WOL)

specimen in which the proximity of the back face to the crack tip influences the crack tip stress field;

b) those which are (W−a) indifferent, such as the double-cantilever-beam (DCB) specimen in which

the back face is sufficiently distant from the crack tip to ensure that its position has a negligible

effect on the crack tip stress field.

5.2.6 A number of the specimen geometries described above have specific advantages which have

caused them to be frequently used for stress corrosion testing. These include the following:

a) cantilever bend specimens, which are easy to machine and inexpensive to test under constant load;

b) compact tension (CTS) specimens, which minimize the material requirement for constant load

testing;

c) self-loaded double-cantilever-beam (DCB) specimens, which are easy to test under constant

displacement in service situations;
© ISO 2018 – All rights reserved 7
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ISO 7539-6:2018(E)

NOTE Stress intensity factor coefficients for the specimens shown above are available in the published

literature.
Figure 1 — Precracked specimen geometries for stress corrosion testing
8 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 7539-6:2018(E)

d) modified wedge-opening-loaded (modified WOL) specimens, which are also self-loaded and

minimize the material requirement for constant displacement testing;

e) C-shaped specimens, which can be machined from thick-walled cylinders in order to study the

radial propagation of longitudinally oriented cracks under constant load.

Details of standard specimen designs for each of these types of specimen are given in Figures 2 to 6.

5.2.7 If required, for example if fatigue crack initiation and/or propagation is difficult to control

satisfactorily, a chevron notch configuration as shown in Figure 7 may be used. If required, its included

angle may be increased from 90° to 120°.

5.2.8 Where it is necessary to measure crack opening displacements, as during the application of

deflection to constant displacement specimens, knife edges for the location of displacement gauges can

be machined into the mouth of the notch, as shown in Figure 8 a). Alternatively, separate knife edges can

either be screwed or glued onto the specimen at opposite sides of the notch, as shown in Figure 8 b).

Details of a suitable tapered beam displacement gauge are given in Figure 9.
Dimensions in millimetres, surface roughness values in micrometres
Key
W width
B thickness = 0,5W
N notch width = 0,065W maximum (if W > 25 mm) or 1,5 mm maximum (if W ≤ 25 mm)
l effective notch length = 0,25W to 0,45W
a effective crack length = 0,45W to 0,55W
Figure 2
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 7539-6
Quatrième édition
2018-08
Version corrigée
2018-11
Corrosion des métaux et alliages —
Essais de corrosion sous contrainte —
Partie 6:
Préparation et utilisation des
éprouvettes préfissurées pour
essais sous charge constante ou sous
déplacement constant
Corrosion of metals and alloys — Stress corrosion testing —
Part 6: Preparation and use of precracked specimens for tests under
constant load or constant displacement
Numéro de référence
ISO 7539-6:2018(F)
ISO 2018
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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.

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ISO 7539-6:2018(F)
Sommaire Page

Avant-propos ............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 4

5 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................................ 5

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

5.2 Modèle d’éprouvette .......................................................................................................................................................................... 7

5.3 Considérations concernant le facteur d’intensité de contrainte ...............................................................18

5.4 Préparation des éprouvettes ....................................................................................................................................................24

5.5 Identification des éprouvettes ................................................................................................................................................26

6 Amorçage et propagation de la fissure de fatigue ..........................................................................................................26

7 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................28

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................28

7.2 Considérations environnementales ...................................................................................................................................28

7.3 Enceinte environnementale ......................................................................................................................................................29

7.4 Contrôle et surveillance du milieu ......................................................................................................................................30

7.5 Détermination de K par la méthode d’arrêt de la fissuration.............................................................31

ISCC

7.6 Détermination de K par amorçage de la fissure .............................................................................................34

ISCC

7.7 Mesurage de la vitesse de fissuration ...............................................................................................................................36

8 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................37

Annexe A (informative) Utilisation d’éprouvettes entaillées pour essais de corrosion sous

contrainte ..................................................................................................................................................................................................................39

Annexe B (informative) Détermination de la vitesse de propagation de la fissure ..........................................42

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................43

© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO 7539-6:2018(F)
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/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 156, Corrosion des métaux et alliages,

en collaboration avec le National Physical Laboratory (Royaume-Uni).

Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 7539-6:2011), qui a fait l’objet

d’une révision technique modifiant la Figure 14.

La présente version corrigée de l'ISO 7539-6:2018 inclut les corrections suivantes:

— en Figure 2, le symbole “^” a été corrigé à “≥” deux fois.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 7539 se trouve sur le site Web de l’ISO.

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.
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NORME INTERNATIONALE ISO 7539-6:2018(F)
Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion
sous contrainte —
Partie 6:
Préparation et utilisation des éprouvettes préfissurées
pour essais sous charge constante ou sous déplacement
constant
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les procédures de conception, de préparation et d’utilisation

d’éprouvettes préfissurées servant à évaluer la sensibilité à la corrosion sous contrainte. Il donne des

recommandations pour la conception, la préparation et l’utilisation d’éprouvettes préfissurées pour

évaluer la sensibilité à la corrosion sous contrainte. Des recommandations relatives aux éprouvettes

entaillées sont données dans l’Annexe A.

Pour les besoins du présent document, le terme « métal » inclut également les alliages.

Comme il est nécessaire de confiner la déformation plastique en fond de fissure, les éprouvettes

préfissurées ne se prêtent pas à l’évaluation des produits minces tels que les tôles minces et les fils,

et sont généralement utilisées pour des produits plus épais tels que les tôles en barres et les pièces

forgées. Elles peuvent aussi être utilisées pour des pièces assemblées par soudage.

Les éprouvettes préfissurées peuvent être soumises à une contrainte à l’aide d’appareils exerçant

une charge constante ou comprenant un dispositif qui engendre un déplacement constant des points

d’application de la charge. Les essais sous déplacement croissant ou sous charge croissante sont traités

dans l’ISO 7539-9.

Les éprouvettes préfissurées présentent l’avantage de permettre l’acquisition de données dont

on peut déduire les tailles critiques de défaut au-delà desquelles une fissuration par corrosion sous

contrainte peut se produire au niveau de pièces de géométrie connue soumises à des efforts connus. Ces

éprouvettes permettent également de déterminer la vitesse de propagation des fissures de corrosion

sous contrainte. Ces dernières données peuvent être prises en compte dans le cadre de la surveillance

en service de pièces comportant des défauts.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 7539-1, Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion sous contrainte — Partie 1: Lignes

directrices générales relatives aux méthodes d'essai
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

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ISO 7539-6:2018(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp;

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/.
3.1
longueur de fissure

distance entre la pointe de la fissure et, selon la géométrie de l’éprouvette, soit les lèvres de l’entaille,

soit l’axe du point de chargement
3.2
largeur de l’éprouvette

distance entre la face arrière et, selon la géométrie de l’éprouvette, soit la face entaillée, soit le plan de

chargement
3.3
épaisseur de l’éprouvette
dimension entre faces de l’éprouvette soumise à essai
3.4
épaisseur réduite aux rainures latérales

dimension minimale de face à face entre les entailles d’une éprouvette à rainures latérales

3.5
demi-hauteur de l’éprouvette

50 % de la distance entre les deux côtés de l’éprouvette, mesurée parallèlement à la direction

d’application de la charge (3.6) sur les éprouvettes compactes, de type double poutre et de type à

ouverture latérale modifié (éprouvette WOL)
3.6
charge appliquée

force appliquée à l’éprouvette et qui est considérée positive lorsque sa direction est telle qu’elle

provoque un écartement des lèvres de la fissure
3.7
flèche au niveau de l’axe du point d’application de la charge

déplacement d’ouverture de la fissure produit selon l’axe de chargement lors de l’application d’une

charge (3.6) sur une éprouvette soumise à un déplacement constant
3.8
flèche par rapport à la ligne de chargement

déplacement d’ouverture de la fissure produit à un emplacement distant du plan de charge, par exemple

aux biseaux situés à l’orifice de l’entaille, lors de l’application d’une charge (3.6) à une éprouvette

soumise à un déplacement constant
3.9
module d’élasticité

rapport de la contrainte à la déformation, sans écart de la proportionnalité entre la contrainte et la

déformation (loi de Hooke)
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 7539-6:2018(F)
3.10
facteur d’intensité de contrainte

fonction de la charge (3.6) appliquée, de la longueur de la fissure (3.1) et de la géométrie de l’éprouvette,

ayant les dimensions d’une contrainte × √longueur qui définit de façon univoque l’intensification du

champ de contrainte élastique à la pointe d’une fissure soumise à des déplacements associés au mode

d’ouverture en jeu (mode I)

Note 1 à l'article: Il a été montré que les facteurs d’intensité de contrainte, calculés en supposant que les

éprouvettes offrent une réponse purement élastique, sont en corrélation avec le comportement de pièces

réellement fissurées, pour autant que la zone plastifiée en fond de fissure soit de dimension réduite comparée à

la longueur de fissure et à la longueur du ligament non fissuré. Dans le présent document, le mode I est supposé

et l’indice I est partout implicite.
3.11
facteur d’intensité de contrainte initial

facteur d’intensité de contrainte appliqué au début de l’essai de corrosion sous contrainte

3.12
ténacité à la rupture en régime de déformation plane

valeur critique de K pour laquelle survient la première propagation significative de la fissure

indépendamment de l’environnement, sous l’effet d’une intensité de contrainte croissante en régime de

forte résistance à la déformation plastique
3.13
valeur provisoire de K

K = K si les critères de validité de prédominance du régime de déformation plane sont satisfaits

Q Ic
3.14

facteur d’intensité de contrainte limite pour la sensibilité à la propagation de fissures de

corrosion sous contrainte
ISCC

facteur d’intensité de contrainte (3.10) au-delà duquel la propagation des fissures de corrosion

sous contrainte se manifeste et s’étend dans les conditions d’essai spécifiées correspondant à une

forte résistance à la déformation plastique, c’est-à-dire dans des conditions prédominantes de

déformation plane
3.15
valeur provisoire de K
ISCC
QSCC

K = K si les critères de validité de prédominance du régime de déformation plane sont satisfaits

QSCC ISCC
3.16
facteur d’intensité de contrainte de fatigue maximal
K de fatigue
max

valeur algébrique la plus élevée du facteur d’intensité de contrainte (3.10) au cours d’un cycle,

correspondant à la charge maximale (3.6)
3.17
limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 %
p0,2

contrainte appliquée pour produire une déformation plastique de 0,2 % lors d’un essai de traction

3.18
contrainte appliquée
contrainte résultant de l’application d’une charge (3.6) à l’éprouvette
© ISO 2018 – Tous droits réservés 3
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ISO 7539-6:2018(F)
3.19
coefficient de facteur d’intensité de contrainte

facteur déduit de l’analyse de contrainte pour une géométrie d’éprouvette particulière, qui associe le

facteur d’intensité de contrainte (3.10) pour une longueur de fissure (3.1) donnée à la charge (3.6) et aux

dimensions de l’éprouvette
3.20
quotient d’amplitude des forces appliquées dans le cycle de fatigue

rapport algébrique de la charge (3.6) minimale à la charge maximale appliquée lors d’un cycle de fatigue:

P K
min min
R==
P K
max max
3.21
vitesse de propagation de la fissure

vitesse instantanée de propagation d’une fissure mesurée par une technique de suivi en continu

3.22
vitesse moyenne de propagation d’une fissure

vitesse moyenne de propagation d’une fissure calculée en divisant la longueur de fissure (3.1) imputable

à la corrosion sous contrainte par la durée de l’essai
3.23
orientation de l’éprouvette

plan de rupture de l’éprouvette identifié tout d’abord en référence au sens d’application de la

contrainte, puis par référence au sens de propagation de la fissure exprimé par rapport aux trois axes

de référence X, Y et Z
Note 1 à l'article: X, Y et Z sont définis comme suit:
X coïncide avec le sens du fibrage (axe longitudinal);

Z coïncide avec l’effort principal exercé pendant la fabrication du matériau (axe travers court);

Y est perpendiculaire aux axes X et Z.
4 Principe

4.1 L’utilisation d’éprouvettes préfissurées répond à la difficulté de garantir l’absence totale, dans des

structures, de défauts assimilables à des fissures introduits soit en cours de fabrication, soit en service.

De plus, la présence de tels défauts peut conduire à une susceptibilité à la fissuration par corrosion sous

contrainte qui, dans certains matériaux (par exemple le titane), pourrait ne pas être révélée par des

essais à charge constante sur éprouvette lisse. Les principes de la mécanique de la rupture en régime

élastique linéaire permettent de quantifier la contrainte existante en fond de fissure sur une éprouvette

ou une structure préfissurée en termes d’intensité de contrainte en régime de déformation plane.

4.2 L’essai consiste à soumettre une éprouvette dans laquelle on a créé une fissure par fatigue à partir

d’une entaille usinée à une charge constante ou à un déplacement constant des points d’application de la

charge durant son exposition à un environnement chimiquement agressif. L’objectif est de quantifier les

conditions dans lesquelles la propagation de fissure assistée par le milieu environnant peut survenir, en

définissant le seuil d’intensité de contrainte pour la fissuration par corrosion sous contrainte, K , et la

ISCC
cinétique de propagation des fissures.

4.3 Les données empiriques peuvent servir lors de la conception ou des prévisions de durée de vie,

de manière à s’assurer soit que les contraintes agissant sur des structures importantes ne suffisent pas

à favoriser la fissuration assistée par l’environnement quels que soient les défauts préexistants, soit que

4 © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 7539-6:2018(F)

l’importance de la croissance d’une fissure pendant la durée de vie prévue ou entre des contrôles peut

être tolérée sans risque de rupture instable.

4.4 La fissuration par corrosion sous contrainte est affectée à la fois par des facteurs mécaniques et par

des facteurs électrochimiques. Ces derniers peuvent varier en fonction de la profondeur, de l’ouverture

ou de la forme de la fissure, en raison de variations de la chimie et du potentiel d’électrode en fond de

fissure, et ils ne peuvent pas être décrits exclusivement au moyen du facteur d’intensité de contrainte de

la mécanique de la rupture.

4.5 La composante mécanique comporte à la fois des contraintes appliquées et des contraintes

résiduelles. Il faut tenir compte de l’influence possible de ces dernières tant dans les essais de laboratoire

que dans leur application à des géométries plus complexes. Des gradients de contrainte résiduelle dans

une éprouvette peuvent entraîner une propagation de fissure non uniforme le long du front de fissure.

5 Éprouvettes
5.1 Généralités

5.1.1 Des éprouvettes de géométrie fort différente, du type de celles employées pour les essais de

ténacité à rupture, peuvent être utilisées. Le type d’éprouvette choisi sera fonction de la forme, de la

résistance et de la sensibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte du matériau à soumettre à

essai ainsi que de l’objectif de l’essai.

5.1.2 Une exigence de base est que les dimensions de l’éprouvette soient suffisantes pour maintenir

des conditions de triaxialité des contraintes (régime de déformation plane), qui confinent la déformation

plastique au voisinage de la pointe de fissure. L’expérience des essais de ténacité à rupture montre que,

pour obtenir un mesurage valable de K , la longueur de la fissure, a, et l’épaisseur, B, ne doivent pas être

inférieures à:
 
25,  
 
p02,
 

et que, si possible, des éprouvettes de dimensions plus importantes où a et B ne sont pas inférieures à:

 
4 
 
p,02
 

doivent être utilisées pour garantir un état de confinement de contrainte adéquat.

Du point de vue de la mécanique de la rupture, une épaisseur minimale permettant d’obtenir une valeur

invariante de K ne peut être spécifiée à l’heure actuelle. Un environnement agressif pendant les

ISCC

essais de corrosion sous contrainte peut réduire l’ampleur de la plasticité associée à la rupture et donc

les dimensions requises pour l’éprouvette assurant la limitation de la déformation plastique. Toutefois,

afin de réduire au minimum le risque de régime mécanique inadéquat, il est recommandé, en ce qui

concerne les dimensions des éprouvettes, de retenir des critères équivalents à ceux utilisés lors des

essais de ténacité, c’est-à-dire que les valeurs a et B ne doivent pas être inférieures à:

© ISO 2018 – Tous droits réservés 5
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ISO 7539-6:2018(F)
 
25,  
 
p02,
 
et il convient de préférence qu’elles ne soient pas inférieures à:
 
4 
 
p,02
 

où K est la valeur du facteur d’intensité de contrainte à appliquer pendant l’essai.

Pour vérifier la validité de la première de ces expressions, il convient de remplacer K par la valeur

déterminée du facteur d’intensité de contrainte.

5.1.3 Si les éprouvettes doivent servir à déterminer K , il convient que la taille initiale de l’éprouvette

ISCC

résulte d’une estimation du K du matériau (il est préférable, dans un premier temps, de surestimer

ISCC

la valeur K et donc d’utiliser une éprouvette plus grande que celle qui serait, au final, nécessaire). Si

ISCC

les conditions de service impliquent un matériau d’épaisseur insuffisante pour remplir les critères de

validité, il est permis d’utiliser des éprouvettes d’épaisseur similaire dès lors qu’il est clairement indiqué

que le facteur d’intensité de contrainte limite obtenu, K , ne vaut que pour cette application spécifique.

QSCC

Pour déterminer les modalités de propagation des fissures de corrosion sous contrainte en fonction du

facteur d’intensité de contrainte, la taille de l’éprouvette doit résulter d’une estimation de l’intensité

maximale de contrainte à laquelle les vitesses de propagation de fissure doivent être mesurées.

5.1.4 Deux types principaux d’éprouvettes peuvent être utilisés:

a) les éprouvettes pour essais sous déplacement constant, qui sont autochargées à l’aide de boulons

incorporés;

b) les éprouvettes pour essais sous charge constante, qui nécessitent un dispositif extérieur de

chargement.

5.1.5 Les éprouvettes soumises à un déplacement constant, autochargées, présentent l’avantage d’être

économiques étant donné qu’aucun équipement extérieur de mise en charge n’est requis. Leur forme

compacte facilite également une exposition à des environnements de service réel. Elles peuvent servir à

déterminer K soit par l’amorçage de fissures de corrosion sous contrainte à partir de préfissures de

ISCC

fatigue, auquel cas une série d’éprouvettes doit être utilisée pour repérer précisément la valeur limite,

soit par arrêt de la propagation d’une fissure étant donné que, dans des conditions d’essai à déplacement

constant, l’intensité de la contrainte décroît progressivement avec la propagation de la fissure. Une seule

éprouvette suffira en principe dans ce cas mais, dans la pratique, il est souvent recommandé d’en utiliser

plusieurs (au moins trois) pour tenir compte des inconvénients cités en 5.1.6.

5.1.6 Les inconvénients liés aux éprouvettes à déplacement constant sont les suivants:

a) les charges imposées ne peuvent être mesurées qu’indirectement par des variations du

déplacement;

b) les produits d’oxydation ou de corrosion peuvent soit favoriser l’écartement des lèvres de la

fissure par effet de coin, modifiant ainsi le déplacement imposé et la charge correspondante, soit

obstruer l’embouchure de la fissure empêchant ainsi la pénétration de l’agent corrosif, et nuisant à

la précision des mesures de longueur de fissure par des méthodes de résistance électrique;

c) des phénomènes de ramification, d’émoussage du fond de fissure ou de propagation hors du plan de

propagation peuvent invalider les résultats;
6 © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 7539-6:2018(F)

d) l’arrêt de la fissure doit être défini par une vitesse de propagation de la fissure inférieure à une

valeur arbitraire qu’il peut être difficile de mesurer avec précision;

e) la relaxation élastique du système de contrainte pendant la propagation de la fissure peut provoquer

un déplacement et des efforts supérieurs à ceux prévus;

f) la relaxation plastique dans l’éprouvette liée à des processus dépendant du temps peut aboutir à

des efforts inférieurs à ceux prévus;

g) il est parfois impossible de placer l’éprouvette dans son environnement d’essai avant application de

la contrainte, ce qui peut retarder l’amorçage de la fissuration lors de la poursuite de l’essai.

5.1.7 L’avantage des éprouvettes à charge constante est que les paramètres de contrainte peuvent être

quantifiés avec confiance. Comme la propagation de la fissure entraîne une ouverture croissante de celle-

ci, il est moins probable que des couches d’oxyde obstruent la fissure ou exercent un effet de coin. Il

est alors possible d’effectuer directement les mesures de longueur de fissure en faisant appel à diverses

méthodes de suivi en continu. Un vaste éventail d’éprouvettes à charge constante adaptée à la forme

du matériau d’essai, aux installations disponibles et aux objectifs de l’essai, est disponible. Cela signifie

que la propagation des fissures peut être étudiée dans des conditions soit de flexion, soit de traction.

Les éprouvettes peuvent servir soit à déterminer K par l’amorçage d’une fissure de corrosion sous

ISCC

contrainte à partir d’une fissure de fatigue préexistante, sur une série d’éprouvettes, soit à mesurer la

vitesse de propagation des fissures. Les éprouvettes à charge constante peuvent être mises sous charge

pendant l’exposition dans l’environnement d’essai, ce qui évite l’inconvénient d’inutiles périodes

d’incubation.

5.1.8 L’inconvénient principal des éprouvettes à charge constante est le poids matériel et financier

des systèmes de mise en charge extérieurs requis. Les éprouvettes pour essais en flexion peuvent être

soumises à essai dans des systèmes à poutres encastrées relativement simples, mais les éprouvettes

soumises à des efforts de traction exigent des machines d’essai de rupture en fluage à charge constante

ou des machines semblables. Dans ce cas, il est possible de réduire la dépense en soumettant à essai des

chaînes d’éprouvettes reliées entre elles par des dispositifs de mise sous charge conçus pour prévenir

tout déchargement en cas de rupture d’éprouvette. La taille de ces systèmes de mise sous contrainte

signifie qu’il est difficile de soumettre à essai des éprouvettes à charge constante dans des conditions

réelles, mais qu’il est possible de le faire dans des milieux prélevés dans des systèmes en service.

5.2 Modèle d’éprouvette

5.2.1 La Figure 1 illustre certains types d’éprouvettes préfissurées qui servent aux essais de corrosion

sous contrainte.
5.2.2 On distingue deux types d’éprouvettes à charge constante:

a) les éprouvettes où l’intensité de la contrainte augmente avec la longueur de la fissure;

b) les éprouvettes où l’intensité de la contrainte et la longueur de la fissure sont indépendantes.

Les éprouvettes de type a) se prêtent à la détermination de K et à l’étude de la vitesse de propagation

ISCC

des fissures en fonction de K , tandis que celles de type b) conviennent à l’étude fondamentale des

mécanismes de corrosion sous contrainte.

5.2.3 Les éprouvettes à charge constante et K croissant peuvent être soumises à des efforts de traction

ou de flexion. Selon leur modèle, les éprouvettes soumises à un effort de traction peuvent

...

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