ISO 18756-2003 Fine ceramics (advanced ceramics advanced technical ceramics) - Determination of fracture toughness of monolithic ceramics at room temperature by.pdf

1、 Numro de rfrence ISO 18756:2003(F) ISO 2003NORME INTERNATIONALE ISO 18756 Premire dition 2003-12-01Cramiques techniques Dtermination de la tnacit la rupture des cramiques monolithiques temprature ambiante par fissuration superficielle en flexion Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical

2、ceramics) Determination of fracture toughness of monolithic ceramics at room temperature by the surface crack in flexure (SCF) method ISO 18756:2003(F) PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe,

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8、servsISO 18756:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs iiiSommaire Page Avant-propos .iv 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives.1 3 Termes et dfinitions 2 4 Symboles3 5 Principe 4 6 Appareillage.5 7 prouvettes6 7.1 Dimensions de lprouvette, prparation de lprouvette et chanfreinage des artes6 7.2

9、 Nombre dprouvettes 6 8 Mode opratoire.7 8.1 Introduction de la prfissure par empreinte Knoop 7 8.2 Rupture de lprouvette 11 8.3 Mesurage des dimensions de la fissure .12 8.4 Effets dus au milieu ambiant13 8.5 Option: estimation du comportement de courbe R .14 8.6 Option: matriaux de rfrence .14 9 C

10、alcul14 10 Rapport dessai16 Annexe A (informative) Effets dus au milieu ambiant.17 Annexe B (normative) Caractrisation de la prfissure18 Annexe C (informative) Estimation de la courbe R par la mthode SCF 25 Annexe D (normative) Facteurs de correction du chanfrein28 Bibliographie.30 ISO 18756:2003(F)

11、 iv ISO 2003 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre int

12、ress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qu

13、i concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techni

14、ques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de

15、droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO 18756 a t labore par le comit technique ISO/TC 206, Cramiques techniques. NORME INTERNATIONALE ISO 18756:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 1Cramiques te

16、chniques Dtermination de la tnacit la rupture des cramiques monolithiques temprature ambiante par fissuration superficielle en flexion 1 Domaine dapplication La prsente Norme internationale dcrit une mthode dessai qui couvre la dtermination de la tnacit la rupture de matriaux cramiques monolithiques

17、, temprature ambiante, par la mthode de fissuration superficielle en flexion (SCF). La prsente Norme internationale est destine tre utilise avec des cramiques monolithiques et des cramiques renfort de trichite ou de particules qui sont considres comme homognes dun point de vue macroscopique. Elle ne

18、 couvre pas les composites cramiques renfort de fibres continues. La mthode dessai est applicable aux matriaux ayant des courbes plates ou montantes de rsistance la propagation de la fissure. Cette mthode est similaire celle de lISO 15732, lexception du fait que les prfissures sont plus petites et s

19、ont obtenues par un mode opratoire diffrent. Il convient que les mthodes produisent des rsultats similaires ou identiques pour les matriaux ayant une courbe R plate. NOTE Cette mthode dessai est normalement applicable aux matriaux cramiques ayant une tnacit la rupture infrieure 10 MPam 1/2 . Il peut

20、 savrer difficile de crer des prfissures avec un pntrateur Knoop pour les matriaux ayant une tnacit la rupture suprieure et pour les matriaux mous (faible duret) comme certaines zircones, ou pour les cramiques poreuses. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour

21、 lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 3611:1978, Micromtres dextrieur ISO 7500-1:2004, Matriaux mtalliques Vrification des mach

22、ines pour essais statiques uniaxiaux Partie 1: Machines dessai de traction/compression Vrification et talonnage du systme de mesure de force ISO 14704:2000, Cramiques techniques Mthode dessai de rsistance en flexion des cramiques monolithiques temprature ambiante ISO 18756:2003(F) 2 ISO 2003 Tous dr

23、oits rservs3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1 facteur dintensit de contrainte K lgrandeur du champ de contrainte lastique lextrmit de la fissure soumise un chargement en mode douverture NOTE Il est fonction de la force appli

24、que, des dimensions et de la forme de lprouvette, ainsi que de la longueur de la fissure, et a les dimensions dune force multiplie par une longueur la puissance 3/2. 3.2 tnacit la rupture terme gnrique pour les mesures de rsistance la propagation dune fissure 3.3 valeur de tnacit la rupture K lscval

25、eur de tnacit la rupture mesure par la mthode SCF NOTE Il sagit du facteur dintensit de contrainte mesur correspondant la rsistance la propagation dune petite fissure semi-elliptique forme sous une empreinte Knoop. Le mesurage est effectu selon le prsent mode opratoire et satisfait toutes les condit

26、ions de validit. 3.4 prfissure fissure introduite artificiellement dans une prouvette avant de soumettre lprouvette un essai de rupture 3.5 front de la fissure ligne indiquant la position de lextrmit de la fissure 3.6 facteur critique dintensit de contrainte K lcvaleur critique de K l laquelle se pr

27、oduit la rupture rapide 3.7 fissure critique fissure la rupture une charge maximale et dont le facteur dintensit de contrainte atteint tout juste le facteur critique dintensit de contrainte 3.8 dimensions de la fissure critique dimensions de la fissure critique la rupture NOTE La fissure critique se

28、ra de dimensions plus importantes que la prfissure si une propagation stable de la fissure se produit en raison dun accroissement lent de la fissure favoris par le milieu ambiant ou dune courbe R montante. 3.9 flexion quatre points 1/4 de point configuration spcifique dessai de rsistance en flexion

29、quatre points dans laquelle les cylindres intrieurs sont dcals dun quart de la porte dappui par rapport aux deux cylindres extrieurs ISO 18756:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 33.10 flexion quatre point 1/3 de point configuration spcifique dessai de rsistance en flexion quatre points dans laquell

30、e les cylindres intrieurs sont dcals dun tiers de la porte dappui par rapport aux deux cylindres extrieurs 3.11 rsistance en flexion contrainte nominale maximale supporte par une prouvette lastique spcifie lors dun essai de flexion conduit jusqu rupture 4 Symboles a Profondeur de la fissure A Bras d

31、e levier du dispositif de flexion B Largeur de lprouvette, dimension de la section transversale perpendiculaire la direction du chargement en flexion c Demi-largeur de la fissure C Dimensions du chanfrein d Longueur de la longue diagonale de lempreinte Knoop h Profondeur de lempreinte Knoop F Charge

32、 dempreinte Knoop F cFacteur de correction du chanfrein H 1(a/c, a/W) Fonction polynomiale dans le coefficient du facteur dintensit de contrainte, relative au point o, la priphrie de la fissure, cette dernire coupe la surface de lprouvette H 2(a/c, a/W) Fonction polynomiale dans le coefficient du fa

33、cteur dintensit de contrainte, relative la partie la plus profonde de la fissure superficielle K lFacteur dintensit de contrainte, Mode I K lcFacteur critique dintensit de contrainte, Mode I K lscValeur de la tnacit la rupture, mthode de fissuration superficielle en flexion L Porte dappui du disposi

34、tif de flexion L TLongueur de lprouvette M (a/c, a/W) Fonction polynomiale dans le coefficient du facteur dintensit de contrainte P Charge la rupture Q (a/c) Fonction polynomiale de lellipticit de la fissure superficielle S (a/c, a/W) Facteur dans le coefficient du facteur dintensit de contrainte W

35、Profondeur de lprouvette, dimension de la section transversale qui est parallle la direction de chargement en flexion ISO 18756:2003(F) 4 ISO 2003 Tous droits rservsY Coefficient du facteur dintensit de contrainte Y dCoefficient du facteur dintensit de contrainte au niveau de la partie la plus profo

36、nde de la fissure superficielle Y maxCoefficient maximal du facteur dintensit de contrainte le long de la frontire de la fissure superficielle Y sCoefficient du facteur dintensit de contrainte lintersection de la fissure superficielle avec la surface de lprouvette 5 Principe La prsente Norme interna

37、tionale est applicable au dveloppement et la comparaison de matriaux, lassurance qualit, la caractrisation, la fiabilit et la gnration de donnes de fabrication. La mthode dtermine la valeur de tnacit la rupture, K lsc , en rompant une prouvette de flexion courante ayant une petite prfissure superfic

38、ielle (voir la Figure 1). Lprouvette est poinonne avec un pntrateur Knoop afin de crer une petite fissure superficielle semi-elliptique. Lprouvette est polie ou meule soigneusement jusqu ce que lempreinte et le champ de contraintes rsiduelles associ soient limins. Lprouvette est rompue en flexion qu

39、atre points. La tnacit la rupture, K lsc , est calcule partir de la charge de rupture et des dimensions mesures de la fissure critique. Il est ncessaire davoir recours la fractographie pour mesurer les dimensions de la prfissure et dterminer si les dimensions de la fissure ont augment. La tnacit la

40、rupture en fonction des dimensions de la fissure peut tre value en faisant varier la charge dempreinte utilise pour crer la prfissure. Des informations concernant cette mthode dessai peuvent tre obtenues dans les Rfrences 1 et 2. Un projet dtude comparative interlaboratoires internationale sur cette

41、 mthode est dcrit dans les Rfrences 3,4 et 5. Lgende 1 empreinte et prfissure 2 surface polie ou rode Figure 1 Empreinte et prfissure dans une prouvette en flexion Si le matriau cramique est trop mou (faible duret) ou a une tnacit la rupture trop importante, il peut savrer difficile de crer une prfi

42、ssure par la mthode SCF. De plus, pour certains matriaux (en particulier ceux gros grains ou microstructures htrognes), il peut savrer difficile de dtecter la fissure sur la surface de rupture. Si lutilisateur nest pas certain de lapplicabilit de cette mthode, une seule prouvette dpreuve peut alors

43、tre mise lessai suivant un mode opratoire abrg. Raliser une empreinte sur lprouvette et la rompre sans enlever lempreinte et les contraintes rsiduelles. Inspecter la surface de rupture pour confirmer que lprouvette sest rompue partir de la prfissure (et non partir dun dfaut du matriau) et que la prf

44、issure peut tre dtecte sur la surface de rupture. ISO 18756:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 5Dans la prsente Norme internationale, la prfissuration est ralise par empreinte Knoop uniquement. Dans cette mthode dessai, les contraintes rsiduelles sous lempreinte sont limines. On dispose dune exprie

45、nce limite de la prfissuration SCF par empreinte Vickers 34567 . 6 Appareillage 6.1 Une machine dessai, capable dappliquer une vitesse de traverse uniforme. La machine dessai doit tre conforme lISO 7500-1:2004, Classe 1, avec une exactitude de 1 % de la charge indique la rupture. 6.2 Un dispositif d

46、e flexion, quatre points tel quillustr la Figure 2. Le dispositif de flexion doit satisfaire aux exigences de lISO 14704. Le dispositif doit tre soit semi-articul, soit entirement articul, en fonction de ltat des prouvettes. Si les prouvettes rpondent aux exigences de paralllisme de 7.1, alors un di

47、spositif semi-articul peut tre utilis. Un dispositif semi-articul est en gnral entirement satisfaisant pour des prouvettes usines. Si les prouvettes ne satisfont pas aux exigences de paralllisme de 7.1 (en raison dingalits du meulage manuel, de problmes dusinage ou dautres causes), un dispositif entirement articul doit tre utilis. Un dispositif entirement articul peut galement tre utilis avec des prouvett