Qu’est-ce qu’un duromètre ?
La dureté est définie comme “une mesure du degré de force exercée par un autre objet pour lui résister”.
Il n’existe pas d’unité de dureté uniforme, car la force exercée par un autre objet dépend de l’objectif poursuivi, par exemple s’il s’agit d’une flexion, d’une élongation ou d’une torsion.
C’est pourquoi différents duromètres sont utilisés à des fins et pour des applications différentes. Il existe cinq méthodes d’essai typiques
- Brinell
- Vickers
- Rockwell
- Knoop
- Shore
- UCI (impédance de contact ultrasonique)
Les duretés entre différentes méthodes d’essai ne peuvent pas être comparées telles quelles. L’utilisation d’une table de conversion de la dureté permet de les comparer relativement.
Utilisations des duromètres
1. Essai de dureté par indentation
- Appareil d’essai de dureté Brinell
Les mesures sont effectuées à l’aide d’appareils optiques tels que des microscopes. Il peut supporter des charges plus élevées que d’autres instruments de mesure (jusqu’à 3000 kg) et convient aux échantillons de grande taille présentant des surfaces rugueuses. - Appareil d’essai de dureté Vickers
Les mesures sont effectuées à l’aide d’appareils optiques tels que des microscopes. L’avantage de la mesure de la dureté Vickers est que l’influence des différentes charges d’essai est presque négligeable, alors que dans la mesure de la dureté Brinell, par exemple, il y a des variations dans les valeurs de dureté obtenues en fonction de la charge d’essai, même si le même pénétrateur est utilisé. Il peut mesurer une large gamme d’échantillons, de mous à durs, et est utilisé pour les essais cliniques, en particulier dans le domaine de la dentisterie. - Appareil d’essai de dureté Rockwell
Contrairement aux duromètres Brinell et Vickers, le duromètre Rockwell permet d’effectuer des mesures rapidement et sans équipement optique. Il utilise principalement des pénétrateurs coniques en diamant, mais des billes en acier ou en carbure de tungstène sont utilisées pour mesurer des échantillons relativement tendres tels que l’acier doux, la fonte malléable, les alliages de cuivre et les alliages d’aluminium. Ils sont principalement utilisés pour mesurer les matériaux en acier traités thermiquement. - Appareil d’essai de dureté Knoop
Adapté à la mesure de charges légères de quelques grammes et utilisé pour mesurer les fissures et les revêtements tels que les céramiques.
2. Les essais de dureté sont basés sur l’ampleur du rebond, par exemple des marteaux
- Appareil d’essai de dureté Shore
Largement utilisé au Japon car il peut mesurer sans endommager l’échantillon et est facile à utiliser. Il ne nécessite pas d’alimentation électrique et est compact et portable, ce qui permet de tester sur place de grandes structures telles que des rouleaux de laminage et des rails de chemin de fer.
3. Autres méthodes d’essai
- Appareil d’essai de dureté UCI (impédance de contact ultrasonique)
Le principe de la mesure de la dureté UCI est basé sur la mesure de la dureté Vickers. La marque d’indentation est plus petite que celle des autres méthodes d’essai et peut être utilisée sur des pièces fines et délicates. D’autre part, il est également utilisé pour les échantillons de grande taille qui sont portables et ne peuvent pas être déplacés.
Principe des duromètres
- Principe des duromètres Brinell
Un pénétrateur sphérique est pressé contre l’échantillon pendant 10 à 15 secondes et la surface S (mm2) est calculée à partir de la charge d’essai F (N), du diamètre du pénétrateur D (mm) et du diamètre de la bosse d (mm) pour déterminer la dureté.
Dureté Brinell (HBS) = 0,102 × (charge d’essai F/surface d’indentation S)
= (0,102 × 2F)/{πD(D-√(D2-d2)}
La norme JIS Z 2243 spécifie l’utilisation de billes en carbure cémenté comme pénétrateurs. - Principe de la mesure de la dureté Vickers
Un pénétrateur pyramidal en diamant avec un angle d’attaque de 136° est pressé contre l’échantillon et la surface S (mm2) est calculée à partir de la charge d’essai F (N) et de la longueur diagonale d (mm) de l’indentation pour obtenir la dureté.
Dureté Vickers (HV) = charge d’essai F/surface d’indentation S
= 2Fsin68°/d2 = 1,854 F/d2
Les méthodes d’essai sont définies dans les normes ISO 6507 et JIS Z 2244. - Principe de la mesure de la dureté Rockwell
Un pénétrateur conique en diamant avec un angle de 120° est pressé contre l’échantillon dans l’ordre de (1) à (3).
(1) Charge de référence
(2) Charge d’essai
(3) Charge de référence
La dureté est mesurée à partir de la différence de profondeur d’indentation entre (1) et (3).
Il est nécessaire de sélectionner une charge pour laquelle la profondeur d’indentation est inférieure à 1/10e de l’épaisseur de l’échantillon.
La méthode de mesure est définie par la norme JIS Z 2245. - Principe de la mesure de la dureté Knoop
Un pénétrateur diamanté à poids carré avec des angles diagonaux de 172°30′ et 130° est pressé contre l’échantillon et calculé à partir de la charge d’essai F (N) et de la surface S (mm2) déterminée à partir de la diagonale longitudinale d (mm) de l’indentation.
La machine d’essai utilisée est la même que pour la mesure de la dureté Vickers.
Dureté Knoop (HK) = 14229F/d2
La méthode de mesure est définie par la norme JISZ2251. - Principe de la mesure de la dureté Shore
Un marteau en diamant est lâché à angle droit sur l’échantillon et mesuré par la hauteur du rebond. Plus l’échantillon est dur, plus le rebond est important.
L’échantillon de référence est défini par la norme JIS B 7731. L’acier au carbone eutectoïde est utilisé pour les duretés de 30 à 95 HS, et l’acier au carbone super eutectoïde pour les duretés de 100 HS.
Les méthodes d’essai sont définies par la norme JIS Z 2246. - Principe de la mesure de dureté UCI (impédance de contact ultrasonique)
Un pénétrateur en diamant est pressé contre l’échantillon à une charge prédéterminée pendant environ 0,5 seconde. La fréquence de résonance changeante est lue électroniquement et la dureté est mesurée.
Instruments de mesure de la dureté des métaux
Il existe une grande variété de duromètres, dont certains conviennent à certains matériaux et d’autres à d’autres. Des exemples de duromètres utilisés pour les métaux sont énumérés ci-dessous.
- Dureté Brinell
Principalement utilisée pour évaluer la dureté moyenne des matériaux dont la structure métallurgique n’est pas homogène, tels que les pièces moulées et forgées. Il laisse des marques de mesure relativement grandes. Il est également nécessaire de polir la surface de mesure de l’échantillon avant la mesure. - Dureté Rockwell
Utilisée dans le domaine du traitement thermique des matériaux en acier pour évaluer la dureté de surface des matériaux traités thermiquement. Elle convient à la mesure de matériaux relativement grands et présente un faible taux d’erreur de mesure dû aux différences entre les différents appareils de mesure. Différents pénétrateurs sont disponibles, en fonction de la combinaison de la charge de référence et de la charge d’essai. - Dureté Vickers
Cette méthode est utilisée pour évaluer la dureté après un traitement de surface au durcisseur, la dureté des revêtements et l’évaluation de la section transversale des matériaux de soudage, des conditions de soudage, etc. Elle présente également l’avantage de pouvoir utiliser le même instrument de mesure quel que soit le matériau de l’échantillon. - Dureté Shore
Utilisée pour mesurer la dureté des matériaux métalliques après trempe et revenu, nitruration et carbonisation du bois. La mesure de matériaux de grande taille est également possible.
Normes JIS pour la mesure de la dureté
Les essais de dureté sont spécifiés dans les normes JIS suivantes
- Essai de dureté Brinell : JIS B 7724
- Essai de dureté Vickers : JIS B 7725
- Essai de dureté Rockwell : JIS B 7726
- Dureté Shore : JIS B 7727
Il existe également des normes JIS distinctes en fonction du matériau à tester. Les matériaux énumérés ci-dessous ont leurs propres normes JIS. Garnitures de freins automobiles, titane et alliages de titane, caoutchouc vulcanisé et caoutchouc thermoplastique, plastiques renforcés de fibres de verre, céramiques fines,
Duromètres portables
Des duromètres portatifs sont disponibles pour mesurer la dureté des éponges, des caoutchoucs et des plastiques.
Il existe également des duromètres portables pour les métaux, bien qu’ils soient plus simples que les appareils de table. Le même pénétrateur est utilisé pour un type de méthode de mesure, et plusieurs unités de dureté peuvent être affichées par conversion.