Dureté (matériau) Article, Signification, Explication
À la différence des minéraux dont la dureté est historiquement caractérisée par rayage (cf. Échelle de Mohs), on utilise généralement des essais de rebondissement ou de pénétration pour caractériser la dureté des métaux.
Ces essais ont l'avantage d'être plus simples à réaliser et de donner des résultats mieux reproductibles.
On laisse chuter bien verticalement d'une hauteur fixe une petite masse d'acier terminée par un diamant arrondi. La masse est guidée dans sa chûte par un tube lisse. La dureté est évaluée ensuite d'après la hauteur du rebond.
De manière simplifiée, cet essai mesure l'énergie de déformation plastique : si le choc est parfaitement élastique (pas de déformation plastique, pièce à tester très dure), la pointe rebondit théoriquement jusqu'à sa hauteur de lâcher (en négligeant les frottements) ; on peut relier la différence de hauteur h à l'énergie cinétique ΔEc absorbée lors du choc :
Mesure de dureté par rebondissement : essai Shore
où m est la masse lâchée et g est l'accélération de la gravité. Dans le cas d'un objet extrêmement mou, la pointe s'enfoce et ne rebondit pas.
Notons cependant que les résultats de l'essai Shore dépendent beaucoup de l'état de surface de la pièce testée.
Il s'agit des essais les plus couramment pratiqués. Le principe est toujours identique : un pénétrateur indéformable laisse une empreinte dans le matériau à tester. On mesure les dimensions de l'empreinte et on en déduit la dureté.
Dans une première approche, on peut relier de manière assez simple la limite d'élasticité Re avec la surface de l'empreinte : plus l'objet pénétrant s'enfonce, plus la surface S de pression s'aggrandit, donc la force F étant constante, plus la contrainte diminue. Lorsque la contrainte n'est plus suffisante pour déformer plastiquement le solide à tester, l'objet pénétrant s'arrête, et on a donc :
L'essai consiste à faire pénétrer en appliquant une force F un pénétrateur ayant un forme de bille dans un métal afin d'en déduire la dureté de ce matériau.
Matière : généralement du carbure poli
Dimension : diamètre D
La surface doit être plane et nettoyée (sans lubrifiant, oxyde ou calamine). Il est nécessaire d'avoir une épaisseur suffisante afin que la pénétration de la bille ne déforme pas le matériau. Dans le cas contraire, la mesure ne serait pas fiable. Il faut une épaisseur de au moins huit fois la profondeur h de l'empreinte.
Placer le pénétrateur en contact avec la surface du matériau. Appliquer la force. Maintenir cette charge pendant 10 à 15 secondes.
Mesurer sur l'empreinte deux diamètres à 90° l'un de l'autre. La mesure est effectuée à l'aide d'un dispositif grossissant et d'une règle graduée tenant compte du facteur de grossissement..
La la mesure de dureté Vickers se fait avec une pointe pyramidale normalisée en diamant de base carrée et d'angle au sommet entre face égal à 136°. L'empreinte a donc la forme d'un carré ; on mesure les deux diagonales d1 et d2 de ce carré à l'aide d'un appareil optique. On obtient la valeurs d en effectuant la moyenne de d1 et d2. C'est d qui sera utilisé pour le calcul de la dureté. La force et la durée de l'appui sont également normalisées.
Fait sous très faible charge, les essais de microdureté permettent des mesures très localisées (sur env. 100 µm2). À l'aide d'un microduromètre, on peut par exemple déterminer la dureté d'une phase donnée dans un échantillon polyphasé ou celle d'un échantillon très fragile et mince.Mesures de dureté par pénétration
Cette approche simplifiée ne prend pas en compte l'écrouissage.Essai de dureté Brinell
Principe
avec
Le pénétrateur
Le matériau à tester
Mode opératoire
Norme
Essai de dureté Vickers
Principe
avec
Le degré de dureté, noté Hv, est ensuite lu sur un abaque (une table) ; il y a un abaque par force d'appui.Normes
Essai de dureté Rockwell
Normes
Mesures de microdureté