Il est essentiel de tester la dureté d'un matériau pour pouvoir l'utiliser. Sans détermination de la dureté, il ne serait pas judicieux d'utiliser le matériau. La dureté contrôle de nombreuses autres caractéristiques des matériaux. Toutefois, il existe différents types d'essais de dureté.
Chacun de ces tests de dureté varie dans la manière dont il mesure la dureté. Cela rend le processus de sélection très intimidant et délicat. Cependant, comprendre le fonctionnement de ces tests rendra les choses beaucoup plus faciles à gérer. C'est vrai ? Les fabricants utilisent plusieurs d'entre eux en fonction de leurs besoins. Passons maintenant à l'examen de chacun de ces tests.
Vue d'ensemble de la dureté et de ses tests
Avant de plonger, ne vous demandez-vous pas pourquoi nous devons mesurer la dureté du matériau ? Après tout, c'est cette mesure qui nous amène à discuter de ces différents tests. La mesure de la dureté est cruciale lors de la sélection du matériau pour votre projet. Mais qu'est-ce que la dureté ?
La dureté est la capacité d'un matériau à résister à la force ou à la déformation. Il s'agit là d'une définition typique du dictionnaire. Mais dans la vie courante, nous la considérons comme la capacité d'un matériau à résister à l'usure. Elle définit la qualité ou la résistance d'un matériau. La dureté indique la durabilité des matériaux.
Examinons l'importance de la mesure de la dureté. L'analyse et la connaissance de la dureté nous donnent des informations précieuses sur le matériau. Elle indique si un matériau sera durable ou adapté à une application spécifique. N'oubliez pas que cette rigidité influence de nombreuses autres caractéristiques des matériaux. Par exemple, les matériaux rigides sont résistants à l'usure.
Ils supportent facilement les contraintes et ne se cassent pas facilement. À l'inverse, les matériaux moins durs sont faibles et sujets à l'usure. C'est pourquoi il devient essentiel de mesurer la dureté. Elle indique la résistance d'un matériau à l'usage. La connaissance d'une dureté permet aux ingénieurs d'estimer d'autres caractéristiques du matériau.
Différents types d'appareils d'essai de dureté
Je suis sûr que vous avez une meilleure idée de la raison pour laquelle les essais de dureté sont essentiels. Permettez-moi de vous donner une autre information : il existe une grande variété d'essais de dureté. Chacun d'entre eux utilise des outils ou des machines différents pour réaliser le test. Pour les utiliser, il faut connaître leur mode de fonctionnement.
Voici la liste des tests de dureté les plus courants :
- Essai de dureté Rockwell
- Essai de dureté Brinell
- Essai de dureté Vickers
- Essai de dureté Knoop
- Essai de dureté Leeb
- Essai de dureté Shore
- Essai de dureté Webster
Chacun de ces tests a des spécifications particulières. Examinons-les et voyons comment ils fonctionnent.
1- Essai de dureté Rockwell
L'essai de dureté Rockwell est plus fiable et plus largement utilisé. Une machine d'essai de dureté Rockwell spécialisée est utilisé dans le processus d'essai. Le matériau soumis aux essais subit la force ou la charge. Le pénétrateur est un composant essentiel de la machine qui exerce des charges sur la pièce à usiner.
Le test de Rockwell implique l'utilisation de deux charges. La première charge est généralement inférieure ou mineure. La seconde est plus intense et plus élevée (majeure). Par exemple, l'opérateur utilisera la première charge de 10 kg à travers le pénétrateur sur la pièce. Cette charge créera une certaine pénétration à la surface du matériau, n'est-ce pas ?
L'opérateur mesure la profondeur créée par la pénétration du pénétrateur. Une fois cette mesure effectuée, la deuxième charge sera appliquée au matériau. Mais cette seconde charge sera plus intense et plus élevée que la première. Si la première est de 10 Kgfla seconde serait de 60 Kgf. Cette charge de 60 Kgf créera plus de profondeur et de pénétration.
L'opérateur mesure à nouveau la profondeur créée par la deuxième charge. Ensuite, il compare la profondeur créée par les deux charges. Cette comparaison donne la valeur de la dureté. Ce type d'essai convient généralement aux métaux durs et aux alliages. N'oubliez pas qu'il existe différentes échelles d'essai Rockwell, idéales pour tester différents matériaux.
Il se peut que vous ne compreniez pas la charge et sa valeur. En général, ces première et deuxième charges dépendent de l'échelle de Rockwell que nous avons utilisée. Cette échelle est différente selon les matériaux. En général, la première charge (mineure) reste la même. La deuxième charge, ou charge significative, varie. Voici le tableau des échelles avec les charges :
| Échelle Rockwell | Charge mineure | Charge importante |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Essai de dureté Brinell
L'essai de dureté Brinell n'est pas nouveau et est utilisé depuis plusieurs décennies. Il consiste à appliquer une force au matériau par l'intermédiaire de billes d'acier ou de carbure. Cette bille de carbure est utilisée dans le pénétrateur. Une force importante d'au moins 3 000 kilogrammes est appliquée à la surface du matériau.
Cette force extrême crée un creux ou une profondeur. La mesure de cette profondeur donne la dureté Brinell. Ce n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît. De nombreux facteurs déterminent la dureté Brinell finale d'un matériau. Il s'agit notamment du temps de séjour, de la force appliquée, de la profondeur créée, etc.
Ce que j'apprécie dans l'essai de dureté Brinell, c'est qu'il donne une valeur de dureté unique pour les matériaux. Contrairement à l'essai Rockwell, il n'y a pas plusieurs échelles de dureté dans l'essai Brinell. Il suffit de placer un échantillon sur la cale. Appliquez la force et effectuez des calculs simples. Voici la liste de quelques duretés Brinell de certains matériaux.
| Matériel | Indice de dureté Brinell (BHN) |
| Résineux (p. ex. pin) | 1.6 HB |
| Aluminium pur | 15 HB |
| Cuivre | 35 HB |
| Acier doux | 120 HB |
| Diborure de rhénium | 4600 HB |
HB dans le tableau indique la "dureté Brinell". Le nom de ce test est une sorte d'hommage à son inventeur, le Dr Johan August Brinell. Une variété de Machines d'essai Brinell sont disponibles et leurs prix varient. En général, ce test convient aux matériaux épais et résistants, car il applique une force extrême.
3- Essai de dureté Vickers
Ce test a été inventé en 1924. Il est légèrement différent des autres méthodes car il ne s'intéresse pas à la profondeur créée à la surface du matériau. Il s'intéresse plutôt à la taille de l'indentation. Permettez-moi d'expliquer ce test plus en détail. Le test Machine de dureté Vickers consiste en un pénétrateur en forme de diamant pyramidal.
L'opérateur applique une force sur la surface du matériau à l'aide de ce pénétrateur pyramidal en diamant. Cette force crée une indentation sur la surface de la pièce à usiner. Les fabricants mesurent ensuite la taille de cette empreinte. Gardez à l'esprit que cette empreinte aura la forme d'un diamant, tout comme celle d'un pénétrateur.
Ce test est également utilisé pour les petites pièces et les pièces détachées, de sorte que les indentations peuvent être petites. Les opérateurs utilisent donc des microscopes pour analyser la taille de l'empreinte. Une fois la taille de l'empreinte mesurée, des valeurs sont introduites dans la formule, qui fait intervenir différents paramètres.
Cette formule et ce calcul donnent à l'opérateur la dureté exacte du matériau. Comme le test Brinnel, cette méthode utilise une seule échelle, ce qui permet aux profanes de comprendre facilement le résultat. Comme il s'agit de mesurer la taille de minuscules empreintes, on l'appelle aussi un appareil de microdureté.
4- Essai de dureté Knoop
Ce test est similaire à la dureté Vickers dans une certaine mesure. Il utilise un pénétrateur en diamant de forme rhomboédrique allongée pour créer une empreinte allongée. En général, ce test convient aux matériaux de petite taille. L'opérateur observe l'empreinte en forme de diamant à l'aide d'un microscope.
Le matériau est d'abord placé sur le support de la machine. Une petite force d'environ 1 kg, voire moins, est appliquée. Cette force crée une empreinte plus allongée. L'opérateur ne mesure donc pas la taille totale de l'empreinte. Il mesure plutôt la grande longueur diagonale, puis analyse et calcule.
N'oubliez pas que ce test Knoop implique le calcul de la dureté à l'aide d'une formule. Ce que j'apprécie dans ce test, c'est qu'il permet de tester la dureté de matériaux minces, petits et fragiles. En général, tous les autres tests de dureté appliquent une force élevée qui rend le matériau susceptible de se briser. Le test Knoop, quant à lui, fonctionne en appliquant une force douce.
Coup d'œil rapide : La différence entre les tests Knoop et Vickers réside dans la forme du pénétrateur. Le test Vickers utilise un pénétrateur pyramidal en diamant. À l'inverse, le test Knoob utilise un pénétrateur allongé. Contrairement au test Vickers, l'opérateur ne mesure que la grande longueur diagonale.
5- Essai de dureté Leeb
L'essai Leeb se distingue de tous les autres essais de dureté. La raison en est qu'il repose sur la vitesse de rebond de la bille (pénétrateur). Il utilise une bille dure en carbure de tungstène comme pénétrateur. La machine utilisée pour cet essai est compacte et portable.
La machine lance ou propulse la bille dure ou le pénétrateur sur la surface du matériau pendant l'essai. Les pénétrateurs frappent la surface et reviennent. Les machines mesurent la vitesse de rebond de la bille après l'impact. Après la collision avec la surface, elles vérifient également la vitesse et la distance parcourue par la bille (le pénétrateur).
Le calcul et l'analyse de cette mesure permettent d'obtenir une dureté précise du matériau. Ce test est donc basé sur la vitesse de rebond de la balle après qu'elle a touché le matériau. Plus la surface est rigide, plus la bille rebondit rapidement, et inversement. Ce test de dureté Leeb convient aux métaux lourds pesant plus de 5 kg. Sa précision ne sera pas fiable si vous utilisez une petite pièce.
6- Essai de dureté Shore
Ce test est simple à réaliser. Son nom rend hommage à Albert Shore, qui a été le premier à fabriquer le duromètre. Ce duromètre est constitué d'empreintes rondes et est utilisé pour effectuer le test. Contrairement à d'autres tests, le test de Shore convient aux matériaux souples tels que les plastiques et les caoutchoucs.
Voyons comment fonctionne ce test de dureté shore. Tout d'abord, le duromètre lance ou propulse le pénétrateur, qui frappe la surface du matériau et s'enfonce à l'intérieur. L'appareil vérifie ensuite la profondeur à laquelle les pénétrateurs (de forme ronde) s'enfoncent dans le matériau. La profondeur à laquelle les pénétrateurs s'enfoncent est utilisée pour calculer la dureté.
Lorsque le pénétrateur ne s'enfonce pas, il s'agit d'un signe clair de dureté. Au contraire, si le pénétrateur s'enfonce profondément dans le matériau, cela signifie que le matériau est mou. Il existe une échelle shore qui permet de vérifier la dureté exacte du matériau. N'oubliez pas qu'il existe deux échelles de shore, dont les noms sont les suivants :
- Rivage A
- Rivage D
L'échelle Shore A est utilisée pour mesurer la dureté des matériaux souples et flexibles. En revanche, l'échelle Shore D convient aux matériaux durs. N'oubliez pas que cette dureté n'est pas celle d'un métal. Il s'agit plutôt de caoutchouc ou de plastique durci. Ce test ne fonctionne pas sur les matériaux complexes et rigides tels que le métal et les alliages.
7- Essai de dureté Webster
Comme je l'ai dit précédemment, le test de shore ne convient qu'aux matériaux souples. Mais j'ai apporté ce test de dureté Webster si vous souhaitez vérifier la dureté de matériaux rigides. Il peut s'agir d'aluminium, de laiton ou d'autres métaux. Le testeur Webster ressemble à une pince et serre le matériau à tester.
Une fois le matériau serré, l'opérateur presse la poignée de l'appareil Webster. Cette pression produit une force qui pousse le pénétrateur sur la surface du matériau. Sous l'effet de cette poussée, le pénétrateur crée un creux à la surface du matériau. Les opérateurs vérifient et analysent cette empreinte, qui indique la dureté du matériau.
Ce testeur Webs est portable et l'opérateur le garde en main pendant qu'il teste le matériau. Ce que j'aime dans ce test, c'est qu'il est rapide et facile à réaliser. Une personne peu expérimentée et disposant d'un minimum de connaissances techniques peut le réaliser. De plus, ce testeur de Webster est relativement bon marché, ce qui est un gros avantage.
Conclusion
Comme je l'ai mentionné plus haut, il est essentiel de connaître la dureté du matériau. Elle permet d'utiliser correctement les différents matériaux pour fabriquer des produits. Cependant, il existe différentes machines d'essai de dureté. Leur fonctionnement, leur utilisation et leurs principales caractéristiques varient d'une machine à l'autre.
Les ingénieurs et les fabricants utilisent un type de matériau en fonction du matériau qu'ils veulent tester. Par exemple, l'essai shore est le meilleur s'il s'agit de tester un matériau mou. De même, les essais Rockwell ou Brinell conviennent au contrôle des matériaux rigides.