Test de dureté selon Brinell

La dureté Brinell (HBW) résulte du rapport entre la force d'essai appliquée et la surface d'empreinte projetée qu'un pénétrateur Brinell laisse à la surface du matériau. L'empreinte est déterminée par la moyenne de deux diagonales perpendiculaires, car la forme de l'empreinte est souvent irrégulière. Dans la pratique, la détermination de la dureté s'effectue généralement à l'aide de tableaux ou de logiciels spéciaux de contrôle de la dureté. Pour que l'impression reste significative, le diamètre de la bille et la force d'essai doivent être correctement adaptés l'un à l'autre. La charge est appliquée conformément à la norme ISO 6506 - y compris une durée d'action de 10 à 15 secondes. La comparabilité des résultats de mesure est assurée par l'application d'un degré de sollicitation défini. La méthode Brinell est particulièrement adaptée aux matériaux tendres à moyennement durs et fournit des valeurs fiables sur la dureté du matériau.

La dureté Brinell est une valeur caractéristique de la résistance d'un matériau à la déformation plastique par pénétration d'un corps d'épreuve. Elle est déterminée par la méthode Brinell, au cours de laquelle une bille en métal dur (pénétrateur Brinell) est enfoncée dans le matériau sous une force d'essai définie. La surface d'empreinte obtenue est ensuite évaluée optiquement.

Cette méthode est particulièrement adaptée aux matériaux à gros grains, irréguliers ou rugueux, comme la fonte, les pièces forgées ou les alliages. La dureté Brinell HBW se calcule à partir du rapport entre la force d'essai et la surface projetée de l'empreinte permanente. L'abréviation HBW signifie ici « dureté selon Brinell » avec utilisation d'une bille en carbure de tungstène.

L'essai de dureté Brinell fournit des résultats fiables pour des matériaux de structures différentes - conformément aux normes, proches de la pratique et éprouvés à maintes reprises.

L’essai de dureté selon Brinell exige normalement une préparation de la surface de l’échantillon à mesurer, car la qualité de surface doit être suffisamment bonne pour pouvoir procéder à une évaluation optique correcte de l’empreinte de dureté.

Par rapport à l’essai Vickers, qui permet également de réaliser des essais de micro-dureté, les exigences de la méthode Brinell en matière de qualité de surface sont cependant moins strictes ; les essais étant normalement réalisés avec des charges élevées (gamme macro) et avec un pénétrateur de grande taille (bille), la surface peut être brute.

L’échantillon à mesurer doit satisfaire dans le détail les exigences suivantes pour la méthode Brinell :

• L’échantillon doit être à faces planes et parallèles (découpage propre de l’échantillon de la pièce requis pour la préparation de l’échantillon).
• L’échantillon à tester doit présenter une surface métallique plane, brillante et lisse (meulage et polissage de la surface requis uniquement pour les essais avec de petits diamètres de bille).
• L’échantillon doit être serré sur un dispositif de montage fixe de sorte à ne pas pouvoir bouger pendant les essais (conseil pratique : mesurer sous serrage ou enrober et fixer l’échantillon dans un porte-échantillon).

La méthode Brinell est une méthode d'essai de dureté polyvalente qui convient à des matériaux présentant des degrés de dureté très différents - des métaux tendres comme l'aluminium, l'étain ou le plomb aux matériaux plus durs comme l'acier ou la fonte.

Pour obtenir des valeurs de dureté Brinell comparables, la force d'essai et le diamètre de la bille doivent être adaptés l'un à l'autre dans le cadre du même degré de sollicitation. Ainsi, l'essai de dureté Brinell peut être réalisé de manière précise et conforme aux normes, même avec des matériaux et des paramètres d'essai différents.

Dans la pratique, la valeur de dureté n'est pas déterminée par calcul pour chaque mesure individuelle lors de l'essai Brinell. Au lieu de cela, elle est généralement déterminée à l'aide de tableaux ou d'un logiciel d'essai correspondant. Celui-ci représente la valeur de dureté en fonction du diamètre d'empreinte moyen d pour tous les diamètres de bille et charges d'essai normalisés.

Le choix de la charge d'essai doit être effectué de manière à ce que le diamètre d'empreinte moyen d se situe dans la plage de 0,24 D à 0,6 D.

Pour respecter cette plage, il est nécessaire de faire correspondre la charge d'essai et le diamètre de la bille. Il en résulte différents degrés de sollicitation - également appelés degrés de charge ou facteurs de charge - au sein de la méthode Brinell. Le degré de charge résulte du quotient de la force d'essai et du carré du diamètre de la bille (B = 0,102 × F / D²) et reste constant au sein d'un degré de charge. Les degrés de contrainte habituels sont 1, 2,5, 5, 10 et 30. Si un matériau est testé avec différents diamètres de bille et différentes forces, cela doit se faire dans le cadre du même degré de contrainte afin de garantir des résultats comparables.

Le diamètre de la bille doit être choisi de manière à ce que l'empreinte d'essai couvre une zone représentative du matériau aussi large que possible.

Selon la norme ISO 6506, la force d'essai doit être appliquée dans un délai de deux secondes au minimum et de huit secondes au maximum. La durée d'application de la force d'essai est généralement de 10 à 15 secondes. Si la durée de la charge est plus longue, elle doit être complétée dans l'indication de la dureté, par exemple : 210 HBW 5/250/30 (durée d'application 30 s).

Une valeur de dureté Brinell comprend les composantes suivantes :

1. la valeur de dureté numérique ;
2. les trois lettres majuscules HBW, qui signifient « dureté selon Brinell » (avec bille en carbure de tungstène) ;
3. le diamètre de la bille en mm ;
4. la charge d’essai utilisée exprimée en kgf ;
5. selon ISO 6506 : le temps de maintien de la charge d’essai appliqué, uniquement s’il n’est pas compris entre 10 et 15 secondes (plutôt peu courant dans la pratique) ;

Exemple de présentation de la dureté Brinell :

210 HBW 5/250/30

• 210    …valeur de dureté
• HBW …selon Brinell avec bille en carbure de tungstène
• 5        …avec un diamètre de bille de 5 mm
• 250    …avec une charge d'essai de 250 kgf (ou une force d'essai de 2,452 kN)
• 30      …durée d'application de la force d'essai en dehors de la durée recommandée, dans ce cas : 30 secondes