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Aperçu des méthodes d'essai de dureté

Classification, déroulement, distinction et recommandations pratiques.

Vous trouverez ici des informations utiles sur les principes de base des essais de dureté, sur les méthodes d'essai normalisées les plus courantes (Rockwell, Brinell, Vickers et Knoop) ainsi que sur d'autres méthodes d'essai telles que les essais au carbone, les essais sur plastiques et les essais Leeb.

Rockwell

Rockwell

Il s'agit d'une méthode de différenciation en profondeur.

Rockwell
Vickers

Vickers

Il fait partie des procédés optiques.

Vickers
Knoop

Knoop

A été développé comme alternative à la méthode Vickers.

Knoop
Brinell

Brinell

A une plage de charge d'essai de 1 à 3000 kgf.

Brinell

La méthode d'essai de dureté Rockwell

La méthode Rockwell est une méthode d'essai de dureté statique selon les normes ISO 6508 et ASTM E18. Elle est utilisée dans le domaine macro avec une force d'essai de 29,42 à 1471 N. Cette méthode d'essai de dureté mesure la profondeur de pénétration permanente d'un pénétrateur, en fonction de la méthode Rockwell, soit un cône en diamant, soit une bille en carbure.

Le processus commence par la mesure de la profondeur de pénétration sous une force d'essai définie. Plus le pénétrateur pénètre profondément, plus le matériau est tendre. La dureté Rockwell (HR) est calculée à partir de cette profondeur de pénétration. Contrairement à Brinell, Vickers et Knoop, qui mesurent l'indentation de manière optique, cette méthode d'essai de dureté offre une lecture directe de la valeur de dureté.

Il existe différentes méthodes Rockwell, qui se distinguent par le pénétrateur, la force d'essai et la graduation. Cette diversité permet d'utiliser la méthode d'essai de dureté dans différents domaines d'application. Elle ne nécessite pas de préparation d'échantillon et est rapide et peu coûteuse, car elle ne nécessite pas d'optique complexe. Le contrôle est non destructif, ce qui permet de réutiliser l'échantillon.

Les inconvénients de la méthode d'essai de dureté sont les éventuelles imprécisions dues aux erreurs de mesure et à l'encrassement. Des pénétrateurs usés peuvent également fausser les résultats. Néanmoins, la méthode Rockwell reste largement utilisée dans de nombreuses applications industrielles en raison de sa rapidité et de sa simplicité. La polyvalence des méthodes Rockwell souligne son importance et son adaptabilité à différents matériaux et exigences d'essai.

Vers l'essai de dureté Rockwell

La méthode d'essai de dureté Vickers

La méthode Vickers est une méthode d'essai de dureté statique polyvalente qui est de plus en plus utilisée dans la pratique. Elle est normalisée selon les normes ISO 6507 et ASTM E92/E384 et convient à toutes les plages de charge (micro, petites charges et macro). Le pénétrateur, une pyramide de diamants avec un angle de surface de 136°, laisse une empreinte dont la taille est mesurée optiquement. Plus l'empreinte est grande, plus le matériau est tendre.

Une préparation de surface de haute qualité est nécessaire, car l'échantillon doit être poli ou finement meulé. L'échantillon doit être solidement fixé afin d'éviter tout mouvement pendant l'essai, et les vibrations doivent être exclues.

La méthode Vickers est divisée en différentes plages de charge en fonction de la force d'essai (par ex. HV 0,01 ; HV 1 ; HV 10), ce qui permet une large application. Une valeur de dureté Vickers se compose de la valeur de dureté numérique, des lettres HV, de la charge d'essai en kgf et, le cas échéant, de la durée d'exposition.

La méthode Vickers présente de nombreux avantages, notamment l'applicabilité universelle à tous les matériaux et à toutes les plages de dureté, ainsi que l'utilisation d'un seul pénétrateur pour toutes les méthodes. De plus, elle permet un contrôle non destructif, ce qui permet de réutiliser l'échantillon. Cependant, la méthode nécessite une préparation de surface de haute qualité et est plus lente dans le processus de contrôle par rapport à Rockwell. L'optique nécessaire la rend en outre plus chère à l'achat. Malgré ces inconvénients, la méthode Vickers reste une méthode largement utilisée et éprouvée dans l'industrie en raison de sa précision, de sa polyvalence et de son exactitude.

Vers le test de dureté Vickers

La méthode d'essai de dureté Knoop

La méthode Knoop est une méthode d'essai de dureté statique, particulièrement adaptée aux couches minces et aux matériaux fragiles. Elle est normalisée selon les normes ISO 4545 et ASTM E92/E384 et fonctionne avec des charges d'essai de 1 gf à 2 kgf. En tant que méthode optique, elle mesure la taille de l'empreinte laissée par le pénétrateur, une pyramide en diamant à base rhombique.

La méthode Knoop mesure la taille de l'empreinte laissée par le pénétrateur sur l'échantillon sous une force d'essai définie. Plus l'empreinte est grande, plus le matériau est tendre.

L'échantillon doit être poli ou prépoli et solidement fixé afin d'éviter tout mouvement pendant l'essai. Les chocs ou les vibrations doivent être évités afin de garantir des résultats précis.

L'empreinte de Knoop, allongée et étroite, est particulièrement adaptée aux couches minces et aux matériaux fragiles comme le verre et la céramique. Il est souvent utilisé aux États-Unis, mais est moins répandu en Europe.

Une valeur de dureté Knoop se compose de la valeur de dureté numérique, des lettres HK et de la charge d'essai en kgf.

La méthode Knoop est universelle, ne nécessite qu'un seul pénétrateur et offre une évaluation précise. Elle est particulièrement adaptée aux matériaux fragiles et aux couches minces. Les inconvénients sont la préparation de surface nécessaire, la lenteur du processus d'essai et des coûts d'acquisition plus élevés. Il est moins répandu en Europe.

Vers l'essai de dureté Knoop

La méthode d'essai de dureté Brinell

La méthode Brinell est une méthode d'essai de dureté statique normalisée selon les normes ISO 6506 et ASTM E10. Elle est principalement utilisée dans le domaine des petites charges et des macros, avec une plage de charges d'essai de 1 à 3000 kgf. La méthode utilise un pénétrateur sphérique en carbure de tungstène d'un diamètre de 1, 2,5, 5 ou 10 mm. Il s'agit d'une méthode optique dans laquelle la taille de l'empreinte du pénétrateur est mesurée.

Dans le cadre de la méthode Brinell, la taille de l'empreinte laissée par le pénétrateur sphérique sur la surface d'un échantillon est mesurée. Plus l'empreinte est grande, plus le matériau est mou. Cette méthode diffère de la méthode Vickers, qui utilise un pénétrateur de forme pyramidale.

La méthode Brinell présente certains avantages. Elle permet de tester des matériaux non homogènes, comme les pièces moulées, car la grosse bille rencontre de nombreux cristaux et forme une moyenne mécanique. Il existe une grande variété de forces d'essai et de diamètres de billes pour différentes applications. Les pressions d'essai relativement importantes sont plus faciles à mesurer et la surface de l'échantillon peut être rugueuse.

Cependant, il y a aussi des inconvénients. Un bon état de surface de l'échantillon est nécessaire, car l'empreinte est mesurée optiquement. Des charges d'essai élevées dans la zone macro peuvent déformer le matériau et entraîner des erreurs de mesure. Un bon éclairage de l'impression d'essai est important. De plus, la méthode est plus lente que la méthode Rockwell, avec une séquence d'essai de 30 à 60 secondes sans tenir compte de la préparation de l'échantillon. Elle est également moins adaptée aux matériaux très durs et aux échantillons fins.

Vers l'essai de dureté Brinell

Autres méthodes d’essai

Essai Leeb

Essai Leeb

La détermination de la dureté des matériaux en métal selon Leeb est décrite dans les normes ISO 16859 et ASTM A956. Cette méthode d'essai dynamique repose sur le rapport entre vitesse de rebond et vitesse de choc d’un corps percuteur en mouvement afin de déterminer la dureté.

Légende:

A            Amplitude de la phase d’approche
B            Amplitude de la phase de rebond
t             Temps
U            Tension

Essai Shore

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