Qu’est-ce qu’un appareil d’essai de dureté ?
Les appareils d’essai de dureté sont des équipements d’essai utilisés pour évaluer la dureté de divers matériaux et produits.
Les méthodes d’essai de dureté peuvent être classées, selon leur principe de base, en deux catégories : les méthodes d’essai par indentation et les méthodes d’essai dynamiques. La méthode d’essai par indentation consiste à presser un pénétrateur dur sur la surface d’un échantillon et à mesurer la surface de l’indentation créée ou la profondeur de l’indentation. Plus la surface de l’indentation est petite et plus la profondeur de l’indentation est faible, plus le matériau est jugé dur.
La méthode d’essai dynamique consiste à laisser tomber un marteau d’une certaine hauteur et à mesurer la hauteur de son rebond. Cette méthode d’essai est appelée essai de dureté Shore : elle teste la force de répulsion de l’échantillon et utilise la propriété selon laquelle plus l’échantillon est dur, plus il rebondit haut.
Différents types d’appareils d’essai de dureté sont utilisés pour réaliser les méthodes d’essai susmentionnées, en fonction du pénétrateur, de la charge appliquée au pénétrateur et de la manière dont l’indentation est mesurée. Lors de l’évaluation de la dureté, il est important de sélectionner la méthode d’essai et la machine d’essai appropriées, en accord avec le destinataire et la partie chargée de l’essai, en fonction de la taille, de la forme et de l’objectif de l’échantillon.
Utilisations des appareils d’essai de dureté
1. Méthode d’essai pour mesurer la surface d’une empreinte
Les essais de dureté Vickers et Brinell sont utilisés pour mesurer la surface des empreintes.
Appareils d’essai de dureté Vickers
Les appareils d’essai de dureté Vickers testent une large gamme de matériaux, y compris les matériaux métalliques. Ils se caractérisent par une plage d’évaluation de la dureté très étroite en raison de la faible charge d’essai. Ils sont également utilisés pour évaluer la profondeur de la couche durcie de divers traitements de surface tels que la trempe par cémentation, la trempe par induction et les couches de nitruration, ainsi que la distribution de la dureté des soudures.
Appareils d’essai de dureté Brinell
Les appareils d’essai de dureté Brinell testent les matériaux métalliques présentant une surface rugueuse et une structure granulaire hétérogène, tels que les pièces moulées, les pièces coulées et les pièces forgées. Ils se caractérisent par une charge d’essai importante et une grande indentation, ce qui permet une évaluation moyenne de la dureté sur une plage relativement large.
2. Méthode d’essai pour mesurer la profondeur de l’empreinte
L’essai de dureté Rockwell mesure la profondeur de l’empreinte. Les appareils d’essai de dureté Rockwell sont principalement utilisés pour les matériaux métalliques trempés. Lors de l’évaluation de la dureté de la couche durcie dans les matériaux métalliques durcis, il est nécessaire de sélectionner les conditions d’essai appropriées (définies comme une échelle) en fonction de la dureté et de la profondeur de la couche durcie.
L’essai de dureté Shore, une méthode d’essai dynamique, est utilisé pour tester la dureté des grandes pièces et des rouleaux de laminage. Cette méthode d’essai est couramment utilisée sur site dans les ateliers d’usinage, avec un double avantage : les empreintes sont moins visibles et peuvent donc être utilisées pour l’inspection des produits ; les appareils d’essai de dureté Shore sont compacts et portables.
Principe des appareils d’essai de dureté
Le principe des appareils d’essai de dureté diffère selon le type :
1. Appareil d’essai de dureté Vicker
Dans les appareils d’essai de dureté Vickers, un pénétrateur en diamant avec un angle de face carré de 136° est enfoncé dans l’échantillon sous une charge d’essai. La longueur diagonale de l’indentation carrée créée par cette charge est mesurée à l’aide d’un microscope métallographique fixé à l’appareil d’essai.
La norme japonaise spécifie des charges d’essai allant de 10 gf à 100 kgf. Les essais réalisés à 1 kgf ou moins sont appelés essais de dureté micro-Vickers. La machine d’essai est la même pour les essais de dureté Vickers et Micro-Vickers. Les deux essais peuvent être réalisés en changeant la charge d’essai. En principe, le changement de la charge d’essai ne modifie pas la valeur de dureté tant que le matériau est cohérent.
Pour l’essai de dureté Vickers, l’échantillon ne doit pas être plus grand que la paume de la main. La surface à tester doit également être polie miroir, de sorte qu’il est presque toujours nécessaire de découper la partie dont la dureté doit être déterminée.
2. Appareil d’essai de dureté Brinell
Le duromètre Brinell utilise un pénétrateur à bille, une bille en acier ou en carbure cémenté d’un diamètre de 10 mm. Une charge d’essai de 3 000 kgf est souvent utilisée. La charge est calculée en divisant la charge d’une empreinte sphérique dans la surface d’essai par la surface de l’empreinte permanente.
3. Appareil d’essai de dureté Rockwell
L’appareil d’essai de dureté Rockwell applique une charge en trois étapes. Une charge de référence est d’abord appliquée, puis une charge d’essai plus élevée est appliquée, et enfin la charge est ramenée à la charge de référence. L’évaluation de la dureté est basée sur la différence de profondeur d’indentation entre les deux charges de référence appliquées avant et après.
Dans l’essai de dureté Rockwell, l’échelle est déterminée par la combinaison de plusieurs charges d’essai et types de pénétrateurs. Par exemple, si un cône en diamant avec un rayon de pointe de 0,2 mm et un angle de pointe de 120° est utilisé et que la charge de base est de 10 kgf, l’échelle A est utilisée si la charge d’essai est de 60 kgf, l’échelle D si elle est de 100 kgf et l’échelle C si elle est de 150 kgf.
Un essai effectué avec une bille d’acier de 1/16 de pouce (1,5875 mm) avec une charge de base de 10 kgf et une charge d’essai de 100 kgf relève de l’échelle B. Les essais réalisés avec une charge de base de 3 kgf et des charges d’essai de 15, 30 et 45 kgf sont appelés essais de dureté superficielle Rockwell. Il est utilisé pour les essais de dureté, en particulier sur les tôles d’acier minces.
Dans les appareils d’essai de dureté Rockwell modernes, le pénétrateur est interchangeable et les charges de base et d’essai respectives peuvent être réglées. L’avantage est que la série de charges et les mesures de profondeur sont effectuées automatiquement.
4. Appareil d’essai de dureté shore
L’essai de dureté Shore consiste à laisser tomber un marteau en diamant d’une certaine forme et d’une certaine masse sur un échantillon depuis une certaine hauteur et à mesurer la hauteur du rebond. Les appareils d’essai de dureté Shore se distinguent des autres machines d’essai par le fait qu’ils sont très petits et ne consomment pas d’énergie électrique.
Autres informations sur les appareils d’essai de dureté
Étalonnage des appareils d’essai de dureté
Pour garantir des essais de dureté corrects, les appareils d’essai de dureté doivent être étalonnés régulièrement. Ce service est généralement assuré par le fabricant de la machine d’essai.
De plus, le calibrage doit être effectué par le fabricant de la machine d’essai. Dans le cadre d’une utilisation quotidienne, il est important de vérifier la précision à l’aide d’éprouvettes. Des éprouvettes standard, dont la dureté est garantie, sont préparées et, avant de procéder à l’essai proprement dit, l’on vérifie si les éprouvettes standard donnent des résultats corrects. Ce contrôle préliminaire aider à repérer les erreurs dans le choix de la charge d’essai ou du pénétrateur.