Introduction: qu'est-ce que la dureté

La dureté est la propriété de tout matériau de résister aux déformations de sa forme lorsqu'il est soumis à une force extérieure. Les tests de dureté sont importants pour les applications techniques et d'ingénierie car ils aident à déterminer la dureté et la résistance à la traction des matériaux.

Il permet de mieux comprendre si l'échantillon testé est adapté à des applications spécifiques. Il aide les industries à fabriquer des produits finis sûrs et de haute qualité qui répondent aux réglementations et directives de sécurité établies par les autorités compétentes.

Les différents types de dureté et les différentes méthodes d'essai de dureté et de détermination des valeurs de dureté sont discutés ci-dessous:

Dureté aux rayures

La dureté aux rayures est la capacité d'un matériau à résister à la déformation, généralement par des rayures et des abrasions. La dureté à la rayure est un type de dureté qui est mesuré lorsqu'une surface d'échantillon est rayée par un stylet qui est traîné le long de sa surface sous une charge d'essai fixe.

La méthode de dureté par rayures définit la résistance d'un matériau au labour par un stylet dur. Il mesure la dureté du matériau et sa capacité à résister aux rayures et aux abrasions. Généralement, un testeur de dureté à gratter se compose d'un stylet, d'une platine de maintien d'échantillons portable, d'un dispositif d'application de charge et d'une unité de traitement et d'affichage des données.

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Les premiers tests de dureté à la rayure ont été effectués par Friedrich Mohs en 1820 qui a également développé l'échelle de Mohs. Le test de dureté à la rayure mesure la résistance de l'échantillon à la rupture ou à la déformation permanente due au frottement causé par le stylet le long de sa surface.

Ce test utilise un matériau plus dur pour rayer la surface de l'échantillon qui est fait d'un matériau relativement plus doux. Lorsque vous devez tester des revêtements, la dureté des rayures fait référence à la force nécessaire pour couper le film jusqu'au substrat. L'échelle de Mohs est utilisée pour mesurer la résistance aux rayures du matériau avec un appareil de mesure appelé scléromètre.

Dureté d'indentation

La dureté par indentation fait référence à la dureté d'un matériau qui est déterminée en effectuant une indentation sur sa surface à l'aide d'un pénétrateur approprié sous une charge d'essai.

Il existe de nombreuses méthodes de test d'indentation différentes qui mesurent la profondeur d'indentation effectuée sur la surface de l'échantillon pour mesurer sa dureté. Les tests de dureté par indentation peuvent être subdivisés en deux catégories: les tests de macro-indentation et les tests de micro-indentation. Les tests de macro-indentation utilisent des charges de test importantes dépassant 1 kg et peuvent aller jusqu'à 3 000 kg dans certains cas.Appareil de contrôle automatique de dureté de Vickers de faible charge d'affichage numérique de tourelle

Le type prédominant de méthodes de test de macro-indentation comprend la méthode de test de dureté Rockwell, la méthode Brinell, le test Vickers, la méthode de test de dureté Knoop, etc. spécimen, etc.

Les charges d'essai appliquées pour les essais de dureté par micro-indentation sont beaucoup plus faibles et peuvent varier entre 1 et 1000 gf. Les tests de micro-indentation peuvent être utilisés pour mesurer les changements de dureté à l'échelle microscopique. La méthode Vickers et les méthodes de test de dureté Knoop sont deux méthodes populaires de test de dureté par micro-indentation.

Les tests de dureté par indentation peuvent être sujets à des erreurs. Les principales sources d'erreurs lors de la mesure de la dureté comprennent une mauvaise technique, un étalonnage incorrect de l'équipement d'essai, une finition incorrecte de la surface de l'échantillon, etc. La surface d'essai doit être exempte de toute saleté, oxydation ou lubrification pour obtenir des estimations fiables de la dureté. Le pénétrateur doit également être perpendiculaire à la surface de l'échantillon, car toute inclinaison entraînera des mesures de dureté erronées.

Dureté de rebond

La dureté de rebond, également connue sous le nom de dureté dynamique, mesure la dureté d'un matériau en déterminant la hauteur à laquelle rebondit un marteau à pointe de diamant lorsqu'il tombe d'une hauteur sur l'échantillon. Ce type de dureté est lié à l'élasticité.

La dureté de rebond est généralement mesurée à l'aide du test de dureté de rebond de Leeb. Cette méthode a été développée en 1975 par Leeb et Brandestini en utilisant un testeur de dureté portable. Ce testeur a fourni une nouvelle alternative à l'équipement d'essai de dureté traditionnel habituellement complexe et complexe.Appareil de contrôle de dureté de Vickers d'affichage numérique programmé par tourelle automatique

La méthode d'essai de dureté de rebond de Leeb suit des procédures normalisées. La vitesse du corps varie entre 1,4 m / s à 3 m / s. Avec cette méthode, la vitesse du corps avant et après l'impact est mesurée pour déterminer la dureté de l'échantillon.

Le rapport de la vitesse d'impact à la vitesse de rebond donne la dureté dynamique Leeb de l'éprouvette. L'objet utilisé pour effectuer l'impact sur l'échantillon peut être du carbure de tungstène cobalt, de la céramique ou du diamant, ou un pénétrateur en forme de boule avec un rayon différent.

La dureté de l'échantillon déterminée par cette méthode est représentée par (exemple) 750 HL D dans laquelle 750 désigne la valeur de dureté, HL désigne la «dureté selon Leeb» et D représente la méthode Leeb avec un corps d'impact sphérique en carbure de tungstène-cobalt avec un rayon de 1,5 mm et un poids de 4,5 grammes.

Sélection de la meilleure méthode d'essai de dureté

La dureté d'un matériau dépend d'un certain nombre de facteurs tels que l'homogénéité du matériau, le type de matériau, sa taille et son état.

Il existe différents types de méthodes d'essai de dureté qui doivent être sélectionnées avec soin pour obtenir les mesures de dureté les plus précises et les plus fiables.

Testeur de microdureté informatique (semi-automatique) pour table de transporteur programmée

Testeur de microdureté informatique (semi-automatique) pour table de transporteur programmée

Les facteurs qui doivent être pris en compte avant de sélectionner les méthodes d'essai de dureté idéales comprennent - le type de matériau à tester, la dureté du matériau à tester, l'homogénéité du matériau, la taille de l'échantillon, si un montage est nécessaire pour les essais de dureté, épaisseur du spécimen, etc.

Test de dureté Rockwell

L'essai de dureté Rockwell est la méthode la plus courante et la plus rapide pour tester la dureté. Il est généralement idéal pour tester la dureté d'échantillons de grande taille.

Il peut être utilisé soit sur la chaîne de montage, soit en laboratoire pour tester la dureté. Il utilise une bille en acier ou un pénétrateur à cône diamant pour mesurer la dureté en fonction de la dureté du matériau à tester.

Pour démarrer le test Rockwell, une charge mineure généralement de 10 kg est appliquée sur le pénétrateur. Le pénétrateur se déplace ensuite sous la charge d'essai sur la surface de l'échantillon. Alors que le pénétrateur est toujours sous l'influence de la charge d'essai mineure, une charge d'essai majeure supplémentaire lui est également appliquée. Cela garantit une meilleure indentation sur la surface de l'échantillon qui est claire et mesurable.

La méthode Rockwell de test de dureté est populaire car elle n'est influencée ni par le biais de l'opérateur ni par la rugosité de la surface dont la dureté est testée.

Il n'utilise aucun équipement optique sophistiqué ou coûteux pour mesurer la dureté de l'échantillon, ce qui en fait une méthode rentable pour les tests de dureté. Il s'agit d'une méthode non destructive pour les tests de dureté, ce qui signifie que l'échantillon d'échantillon testé n'est pas détruit et il peut être utilisé à d'autres fins une fois la procédure de test terminée.Testeur de dureté Rockwell (type classique)

Cette méthode a également ses inconvénients car elle n'est pas très précise par rapport à d'autres méthodes de test de dureté. Une petite déviation dans la mesure de la profondeur d'indentation peut considérablement réduire les mesures de dureté.

Si le pénétrateur de cette méthode est usé, il peut fournir des mesures de dureté défectueuses qui ne sont pas fiables.

La valeur de dureté Rockwell est calculée à l'aide des tableaux de conversion. Il existe près de 30 échelles Rockwell, mais la plupart des matériaux sont couverts par des échelles Rockwell C et B. Les valeurs de dureté dans les tests de Rockwell sont représentées par (exemple) 70 HRB où 60 est la lecture de dureté sur l'échelle B.

 

Test de dureté Brinell

Le test de dureté Brinell est l'une des méthodes les plus anciennes et les plus utilisées pour tester la dureté des matériaux. Cette méthode a été développée par JA Brinell en 1900. Elle est idéale pour mesurer la dureté d'échantillons trop rugueux ou bien sûr pour être mesurés par d'autres méthodes.

La méthode Brinell implique l'utilisation de charges d'essai plus élevées pouvant aller jusqu'à 3000 kg et un pénétrateur à billes généralement de 10 mm de diamètre.Appareil de contrôle électrique de dureté de Rockwell extérieur

Pour mesurer la dureté des métaux et alliages plus tendres, des charges d'essai plus petites allant jusqu'à 500 kg sont également utilisées. La charge d'essai prédéterminée est appliquée au pénétrateur sphérique qui est maintenu sur la surface de l'échantillon pendant généralement 10 à 15 secondes, puis déplacé.

La profondeur d'indentation faite par le pénétrateur sur la surface de l'échantillon est ensuite mesurée et étudiée à l'aide d'un équipement optique avancé qui garantit une meilleure précision et fiabilité.

Le tableau de conversion Brinell est ensuite utilisé pour convertir le diamètre moyen de l'empreinte effectuée en la valeur de dureté Brinell correspondante. À l'aide des tableaux de conversion, la valeur de dureté Brinell peut également être convertie en la résistance à la traction correspondante.

La méthode de test de dureté Brinell présente également quelques inconvénients. L'opérateur peut commettre des erreurs dans la mesure de la profondeur d'indentation sur la surface du spécimen, ce qui peut avoir un impact considérable sur les mesures de dureté.

Étant donné que la méthode implique un équipement optique avancé et sophistiqué pour mesurer la dureté de l'échantillon, elle est plus coûteuse que la méthode Rockwell. Il faut également plus de temps pour tester la dureté car la surface de l'échantillon doit être préparée avant le test.

La méthode Brinell ne fonctionnera pas non plus avec précision si la surface de l'échantillon est trop mince, c'est-à-dire inférieure à 9,6 mm.

Les lectures de dureté utilisant la méthode Brinell sont représentées comme 600 HBW où 600 dénote la valeur de dureté et HBW dénote "Dureté Brinell" avec pénétrateur à billes de tungstène. Si un pénétrateur à bille d'acier est utilisé, les lectures seront représentées comme 600 HBS, où HBS indique «dureté Brinell» avec pénétrateur à bille d'acier.

Test de dureté Vickers

Le test Vickers utilise le même principe que la méthode Brinell, la seule exception étant le type de pénétrateur utilisé.

Le type de pénétrateur doit être modifié selon la méthode Brinell en fonction du type de matériau testé. Cependant, le même pénétrateur en diamant est utilisé dans la méthode Vickers pour mesurer la dureté de tous les types d'échantillons.Appareil de contrôle automatique de dureté de Vickers de faible charge d'affichage numérique de tourelle

Le pénétrateur utilisé dans cette méthode se présente sous la forme d'une pyramide droite. Une charge d'essai est appliquée sur le pénétrateur qui se presse contre la surface de l'échantillon, laissant ainsi une indentation.

Les longueurs diagonales de ces marques d'indentation sont mesurées à l'aide de systèmes optiques, ce qui donne des mesures de dureté très précises. Le temps de séjour - le temps pendant lequel la force d'essai est appliquée à travers le pénétrateur sur la surface de l'échantillon - est généralement compris entre 10 et 15 secondes dans cette méthode.

Le test de Vickers utilise des micro-tests de charges bien moindres par rapport à la méthode Brinell. Il s'agit d'une méthode d'essai de microdureté qui convient le mieux pour mesurer la dureté de matériaux trop fins ou trop petits pour les essais de macrodureté.

Cette méthode est la mieux adaptée pour mesurer la dureté de fines feuilles de métaux, de petits échantillons, etc. Le test Vickers est une méthode non destructive qui garantit que l'échantillon peut être utilisé une fois le test terminé. Il existe quelques limitations de la méthode Vickers.

Il faut que la surface de l'échantillon soit exempte de toute imperfection et il faut donc du temps pour préparer la surface de l'échantillon avant d'effectuer le test. Il faut au moins 30 à 60 secondes pour effectuer ce test et le temps est exclusif du temps nécessaire à la préparation de la surface de l'échantillon.

Les tests Vickers ne sont pas recommandés pour la production en vrac dans les chaînes de montage et conviennent mieux aux tests en laboratoire. Les mesures de dureté dans le test Vickers sont représentées comme 700 HV / 10 où 700 est la valeur de dureté Vickers qui a été obtenue en utilisant une force de test de 10Kgf.

Test de dureté Knoop

La méthode d'essai de dureté Knoop est une alternative à la méthode Vickers. Il s'agit d'une méthode de mesure de la microdureté qui convient pour mesurer la dureté de matériaux fragiles et cassants comme la céramique. Il est également utile pour les tests de dureté de petites zones allongées comme les revêtements.

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La méthode Knoop utilise également un diamant pyramidal comme pénétrateur, mais le pénétrateur est allongé au lieu d'être une pyramide droite comme dans la méthode Vickers. Étant donné que la méthode est utilisée pour les tests de dureté des matériaux fragiles, elle utilise des micro-charges allant jusqu'à 1 kg.

Le pénétrateur utilisé dans cette méthode ne pénètre dans la surface de l'échantillon qu'à moitié moins profondément que dans la méthode Vickers, ce qui le rend parfait pour les tests de dureté de l'échantillon fragile.

En raison de la forme du pénétrateur, la méthode Knoop est mieux adaptée pour mesurer des échantillons allongés plus longs comme les revêtements. Il est important de noter que la surface de l'échantillon doit être préparée correctement avant d'effectuer le test Knoop pour garantir des mesures de dureté précises et fiables.

 

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