La dureté des matériaux métalliques fait référence à la capacité du matériau à résister aux déformations locales, en particulier à la déformation plastique, à l'indentation ou aux rayures. C'est un indicateur de la douceur ou de la dureté du matériau.
La dureté est divisée en trois types en fonction des méthodes de test.
Dureté aux rayures: Ceci est principalement utilisé pour comparer la dureté de différents minéraux. La méthode consiste à utiliser une tige avec une extrémité dure et l’autre souple, puis à faire glisser la tige sur le matériau testé. L'endroit où apparaissent les rayures détermine la dureté du matériau. Qualitativement, un objet plus dur laisse une rayure plus longue, tandis qu'un objet plus mou laisse une rayure plus courte.
Dureté d'indentation: Ceci est principalement utilisé pour les matériaux métalliques. La méthode consiste à appliquer une charge spécifique pour enfoncer un pénétrateur désigné dans le matériau testé. La dureté du matériau est déterminée par l'ampleur de la déformation plastique locale sur la surface. En raison des variations du pénétrateur, de la charge et de la durée de la charge, il existe plusieurs types de tests de dureté par indentation, notamment la dureté Brinell, la dureté Rockwell, la dureté Vickers et la microdureté, entre autres.
Dureté de rebond: Ceci est principalement utilisé pour les matériaux métalliques. La méthode consiste à laisser un marteau spécialement conçu tomber librement d’une certaine hauteur et percuter l’échantillon du matériau testé. La dureté du matériau est déterminée par la quantité d'énergie de déformation que l'échantillon absorbe (puis libère) lors de l'impact, qui est mesurée par la hauteur à laquelle le marteau rebondit.
Les tests de dureté les plus courants pour les matériaux métalliques (dureté Brinell, dureté Rockwell et dureté Vickers) relèvent de la catégorie de dureté par indentation. La valeur de dureté représente la capacité du matériau à résister à la déformation plastique lorsqu'un autre objet est pressé contre sa surface. Les tests de dureté de rebond (Shore, Leeb) mesurent la dureté en fonction de l'étendue de la déformation élastique du métal, la valeur de dureté indiquant la capacité de déformation élastique du matériau.
Dureté Brinell
Un pénétrateur d'un diamètreDen acier trempé ou en carbure, la bille est enfoncée dans la surface de l'éprouvette avec la force d'essai correspondanteF. Après le temps de maintien spécifié, la force d'essai est supprimée, laissant une empreinte d'un diamètred. La valeur de dureté Brinell est calculée en divisant la force d'essai par la surface de l'indentation. La valeur résultante est la dureté Brinell, notéeHBSouHBW.
HLa différence entreHBSetHBWréside dans le type de pénétrateur utilisé.HBSfait référence à un test utilisant une bille en acier trempé comme pénétrateur, généralement utilisée pour mesurer les valeurs de dureté Brinell dans des matériaux dont la dureté est inférieure à 450, tels que les aciers doux, la fonte grise et les métaux non ferreux.HBW, d'autre part, utilise une bille en carbure comme pénétrateur et est utilisé pour mesurer les valeurs de dureté Brinell dans les matériaux dont la dureté est inférieure à 650.
Pour une même éprouvette et dans des conditions d'essai identiques, les résultats des deux méthodes seront différents, avecHBWvaleurs étant souvent supérieures àHBSvaleurs. Cependant, il n’existe pas de relation quantitative fixe entre les deux.
Depuis 2003, la Chine a adopté la norme internationale et remplacé l'utilisation de billes en acier trempé par des billes en carbure pour les tests de dureté Brinell. Par conséquent,HBSn'est plus utilisé, etHBWest devenue la notation standard de la dureté Brinell. Dans de nombreux cas,HBest utilisé seul pour représenter la dureté Brinell, qui fait généralement référence àHBW. Cependant,HBSpeut encore être vu dans certaines publications et articles universitaires.
Le test de dureté Brinell convient aux matériaux tels que la fonte, les alliages non ferreux et divers aciers recuits ou trempés. Il ne convient pas pour tester des matériaux trop durs, trop petits, trop minces ou des échantillons qui ne peuvent pas tolérer de grandes indentations sur leurs surfaces.
Dureté Rockwell
La méthode utilise un pénétrateur à cône de diamant avec un angle au sommet de 120 degrés ou une bille en acier trempé comme pénétrateur, en combinaison avec une configuration de charge spécifique. Le test commence par une charge initiale de 10 kgf, suivie de l'application d'une charge totale (qui est la somme de la charge initiale et de la charge principale) de 60, 100 ou 150 kgf. Le pénétrateur est enfoncé dans l'échantillon sous ces charges séquentiellement. Une fois la charge totale appliquée, la dureté est déterminée par la différence de profondeur d'indentation entre la profondeur sous la charge initiale et la profondeur sous la charge totale une fois la charge principale supprimée, tandis que la charge initiale demeure.
Cette méthode est généralement utilisée dansDureté Rockwellessai. La profondeur d'indentation sous la charge initiale et la charge totale sont utilisées pour calculer la valeur de dureté, qui reflète la résistance du matériau à l'indentation sous les deux charges.
Le test de dureté Rockwell utilise trois forces de test différentes et trois types de pénétrateurs, ce qui donne neuf combinaisons possibles, chacune correspondant à l'une des neuf échelles de dureté Rockwell. Ces neuf échelles couvrent presque tous les matériaux métalliques couramment utilisés. Les échelles les plus couramment utilisées sontHRA, DGRH, etCRH, avecCRHétant la plus largement appliquée.
Tableau standard commun des tests de dureté Rockwell
|
Symboles de dureté |
Types de pénétrateurs |
F/N(kgf) |
Portée de dureté |
Applications |
|
HRA |
Cône diamant de 120 degrés |
588.4(60) |
20~88 |
Aciers au carbure, cermet et trempés en surface |
|
DGRH |
Ø1.588mm Bille en acier trempé |
980.7(100) |
20~100 |
Aciers recuits et normalisés, alliages d'aluminium, alliages de cuivre, fonte |
|
CRH |
Cône diamant de 120 degrés |
1471(150) |
20~70 |
Acier trempé, acier revenu et acier trempé en profondeur |
LeÉchelle HRCest généralement utilisé pour des valeurs de dureté allant de 20 à 70 HRC. Lorsque la valeur de dureté est inférieure à 20 HRC, la sensibilité du test diminue car la pointe conique du pénétrateur pénètre trop profondément dans le matériau. Dans ce cas, leÉchelle HRBdevrait être utilisé à la place, car il convient mieux aux matériaux plus mous.
Lorsque la dureté de l'échantillon dépasse 67 HRC, la pression à la pointe du pénétrateur devient trop élevée, ce qui peut endommager le diamant et réduire considérablement la durée de vie du pénétrateur. Il est donc généralement recommandé de passer auÉchelle HRApour les matériaux d'une dureté supérieure à 67 HRC.
Le test de dureté Rockwell est simple à utiliser, rapide et produit de petites empreintes, ce qui le rend approprié pour tester les surfaces de produits finis ainsi que les pièces plus dures et plus fines. En raison de la petite indentation, la valeur de dureté peut fluctuer de manière plus significative pour les matériaux présentant des microstructures ou une dureté inégales, ce qui entraîne une précision inférieure à celle du test de dureté Brinell. Le test de dureté Rockwell est couramment utilisé pour mesurer la dureté des aciers, des métaux non ferreux, des matériaux carbure et d'autres alliages.
Dureté Vickers
Le principe de la mesure de la dureté Vickers est similaire à celui de la dureté Brinell. Un pénétrateur pyramidal en diamant avec un angle inclus de 136 degrés est utilisé et une force d'essai spécifiéeFest appliqué à la surface du matériau. Après avoir maintenu la charge pendant une période spécifiée, la force d'essai est supprimée. La valeur de dureté est déterminée par la pression moyenne exercée sur la surface unitaire de l'empreinte de la pyramide à base carrée, et la valeur de dureté est désignée par le symboleHT.
Le test de dureté Vickers possède une large plage de mesure, capable de mesurer des matériaux avec des valeurs de dureté allant de10 à 1000 HT. L'indentation est petite, ce qui le rend particulièrement adapté à la mesure de matériaux plus fins et de couches durcies en surface, telles que les surfaces cémentées ou nitrurées.
Dureté Leeb
Dans le test de dureté Leeb, un corps d'impact doté d'un pénétrateur à bille en carbure de tungstène est utilisé pour frapper la surface de l'échantillon sous une force spécifique, le faisant rebondir. En raison de la dureté variable du matériau, la vitesse de rebond diffère. Le dispositif d'impact est équipé d'un aimant permanent et, lorsque le corps d'impact monte et descend, la bobine environnante génère un signal électromagnétique proportionnel à la vitesse de rebond. Ce signal est ensuite converti en valeur de dureté Leeb via un circuit électronique, et la valeur est indiquée par le symboleHL.
Le duromètre Leeb ne nécessite pas d'établi ; son capteur de dureté est aussi petit qu'un stylo et peut être actionné directement à la main. Cela permet de tester facilement et sans difficulté des pièces volumineuses et lourdes ou des échantillons géométriquement complexes.
Un autre avantage du testeur de dureté Leeb est qu'il provoque des dommages superficiels très minimes au produit et, dans certains cas, il peut être utilisé pourcontrôles non destructifs. Il est particulièrement unique pour les essais de dureté dans diverses directions, dans des espaces étroits et dans des zones spécialisées, où d'autres méthodes peuvent s'avérer difficiles à appliquer.