{"id":1238,"date":"2024-11-19T18:24:14","date_gmt":"2024-11-19T10:24:14","guid":{"rendered":"https:\/\/chiggofactory.com\/?p=1238"},"modified":"2024-12-06T15:59:29","modified_gmt":"2024-12-06T07:59:29","slug":"everything-you-need-to-know-about-material-hardness","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/chiggofactory.com\/fr\/everything-you-need-to-know-about-material-hardness\/","title":{"rendered":"Tout ce que vous devez savoir sur la duret\u00e9 des mat\u00e9riaux"},"content":{"rendered":"\n
La duret\u00e9 d\u2019un mat\u00e9riau est une propri\u00e9t\u00e9 essentielle qui indique dans quelle mesure un mat\u00e9riau peut r\u00e9sister aux forces m\u00e9caniques sans subir de d\u00e9formation importante. Il s'agit d'un attribut essentiel dans la fabrication et l'ing\u00e9nierie, affectant non seulement les performances et la dur\u00e9e de vie des produits, mais influen\u00e7ant \u00e9galement directement l'efficacit\u00e9 du processus de production et la qualit\u00e9 des produits finaux. Dans cet article, nous examinerons de plus pr\u00e8s ce qu'est la duret\u00e9 d'un mat\u00e9riau et comment elle est mesur\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n
Qu'est-ce que la duret\u00e9 du mat\u00e9riau ?<\/h2>\n\n\n\n
La duret\u00e9 d'un mat\u00e9riau fait r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la capacit\u00e9 d'un mat\u00e9riau \u00e0 r\u00e9sister \u00e0 une d\u00e9formation plastique localis\u00e9e (d\u00e9formation permanente). En d\u2019autres termes, il mesure la r\u00e9sistance d\u2019un mat\u00e9riau aux changements de forme en pr\u00e9sence de forces externes telles que les rayures, l\u2019indentation et l\u2019abrasion.<\/p>\n\n\n\n
Comme le montre le diagramme ci-dessous, la plupart des mat\u00e9riaux plastiques ont une duret\u00e9 inf\u00e9rieure, alors qu'il est extr\u00eamement difficile de bosseler ou de rayer un diamant. La plupart des autres mat\u00e9riaux se situent quelque part entre les deux.<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
La duret\u00e9 peut \u00eatre facilement confondue avec d\u2019autres propri\u00e9t\u00e9s mat\u00e9rielles, telles que la t\u00e9nacit\u00e9 et la r\u00e9sistance, mais elles appartiennent \u00e0 trois propri\u00e9t\u00e9s diff\u00e9rentes d\u2019un mat\u00e9riau. Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, la duret\u00e9 d\u00e9signe la r\u00e9sistance de la surface \u00e0 la d\u00e9formation et \u00e0 l'usure, tandis que la t\u00e9nacit\u00e9 fait r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la capacit\u00e9 d'un mat\u00e9riau \u00e0 absorber de l'\u00e9nergie et \u00e0 se d\u00e9former plastiquement sans se fracturer, et la r\u00e9sistance concerne la capacit\u00e9 globale du mat\u00e9riau \u00e0 r\u00e9sister aux forces de traction, de compression et de flexion. Un moyen simple de distinguer ces propri\u00e9t\u00e9s est de se rappeler que la duret\u00e9 concerne la r\u00e9sistance de surface, la t\u00e9nacit\u00e9 concerne l\u2019absorption d\u2019\u00e9nergie et la d\u00e9formation, et la r\u00e9sistance concerne la capacit\u00e9 portante globale.<\/p>\n\n\n\n
En m\u00eame temps, ces propri\u00e9t\u00e9s sont interconnect\u00e9es. Par exemple, les mat\u00e9riaux de duret\u00e9 \u00e9lev\u00e9e ont g\u00e9n\u00e9ralement une meilleure r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019usure, ce qui signifie que l\u2019utilisation de mat\u00e9riaux plus durs peut r\u00e9duire l\u2019usure des pi\u00e8ces et prolonger consid\u00e9rablement la dur\u00e9e de vie des composants. La duret\u00e9 est \u00e9galement \u00e9troitement li\u00e9e \u00e0 la capacit\u00e9 d'un mat\u00e9riau \u00e0 r\u00e9sister \u00e0 la d\u00e9formation et \u00e0 la fracture. G\u00e9n\u00e9ralement, les mat\u00e9riaux de duret\u00e9 \u00e9lev\u00e9e ont \u00e9galement des r\u00e9sistances \u00e0 la traction et \u00e0 la compression plus \u00e9lev\u00e9es, qui sont souvent utilis\u00e9es dans de nombreuses applications techniques pour garantir la stabilit\u00e9 et la s\u00e9curit\u00e9 structurelles. Cependant, il est important de noter que les mat\u00e9riaux \u00e0 duret\u00e9 \u00e9lev\u00e9e peuvent \u00eatre plus fragiles et avoir une t\u00e9nacit\u00e9 plus faible, tandis que les mat\u00e9riaux \u00e0 t\u00e9nacit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e peuvent avoir une duret\u00e9 plus faible.<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
Types de duret\u00e9<\/h2>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Apr\u00e8s avoir compris la d\u00e9finition de la duret\u00e9, nous avons h\u00e2te de clarifier comment elle entre en jeu. Explorons maintenant les trois types principaux : la duret\u00e9 par indentation, la duret\u00e9 par rayure et la duret\u00e9 par rebond.<\/p>\n\n\n\n
Duret\u00e9 d'indentation<\/h3>\n\n\n\n
La duret\u00e9 d'indentation fait r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 la r\u00e9sistance d'un mat\u00e9riau \u00e0 la d\u00e9formation permanente lorsqu'il est soumis \u00e0 une charge continue, qui est la forme de charge la plus courante appliqu\u00e9e aux m\u00e9taux. Par cons\u00e9quent, lorsque l\u2019on parle de duret\u00e9, cela indique g\u00e9n\u00e9ralement la duret\u00e9 par indentation.<\/p>\n\n\n\n
Elle est g\u00e9n\u00e9ralement \u00e9valu\u00e9e \u00e0 l'aide de tests qui mesurent la profondeur ou la taille d'une empreinte laiss\u00e9e par un objet dur sous une force sp\u00e9cifique. Les m\u00e9thodes les plus largement utilis\u00e9es pour mesurer la duret\u00e9 par indentation comprennent les tests de duret\u00e9 Rockwell, Brinell et Vickers.<\/p>\n\n\n\n
Duret\u00e9 aux rayures<\/h3>\n\n\n\n
La duret\u00e9 aux rayures d\u00e9crit la capacit\u00e9 d'un mat\u00e9riau \u00e0 r\u00e9sister aux rayures de sa surface dues au contact avec un autre m\u00e9tal. Elle est g\u00e9n\u00e9ralement mesur\u00e9e \u00e0 l'aide du test de duret\u00e9 Mohs, principalement utilis\u00e9 pour tester la duret\u00e9 des mat\u00e9riaux fragiles tels que les min\u00e9raux et les c\u00e9ramiques.<\/p>\n\n\n\n
Duret\u00e9 de rebond<\/h3>\n\n\n\n
La duret\u00e9 de rebond, \u00e9galement connue sous le nom de duret\u00e9 dynamique, concerne l'\u00e9lasticit\u00e9 d'un mat\u00e9riau et d\u00e9crit sa capacit\u00e9 \u00e0 absorber l'\u00e9nergie lors de l'impact et \u00e0 la restituer au p\u00e9n\u00e9trateur.<\/p>\n\n\n\n
La duret\u00e9 de rebond est \u00e9valu\u00e9e en mesurant la hauteur \u00e0 laquelle un marteau standard rebondit sur la surface du mat\u00e9riau. Le durom\u00e8tre Leeb (duret\u00e9 Leeb) est un instrument bas\u00e9 sur le principe de la duret\u00e9 par rebond.<\/p>\n\n\n\n
Comment mesurer la duret\u00e9 d\u2019un mat\u00e9riau ?<\/h2>\n\n\n\n
Chaque type de duret\u00e9 offre une perspective diff\u00e9rente sur la r\u00e9sistance d'un mat\u00e9riau \u00e0 la d\u00e9formation et \u00e0 l'usure et peut \u00eatre mesur\u00e9 \u00e0 l'aide de diverses m\u00e9thodes et \u00e9chelles. Avant d\u2019aborder les m\u00e9thodes de mesure, commen\u00e7ons par avoir une compr\u00e9hension g\u00e9n\u00e9rale des unit\u00e9s de duret\u00e9.<\/p>\n\n\n\n
Diff\u00e9rentes unit\u00e9s de duret\u00e9<\/h3>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Comme le montre le tableau ci-dessus, nous voyons diverses d\u00e9signations de duret\u00e9 telles que \u00ab HV \u00bb, \u00ab HB \u00bb et \u00ab HRB \u00bb. Que veulent-ils dire ? Les valeurs de duret\u00e9 elles-m\u00eames n'ont pas d'unit\u00e9s physiques traditionnelles comme les newtons ou les pascals. Au lieu de cela, ils re\u00e7oivent des d\u00e9signations de m\u00e9thodes de test (comme HV ou HB), qui leur servent effectivement d '\u00abunit\u00e9s\u00bb dans la pratique. Vous trouverez ci-dessous les unit\u00e9s couramment utilis\u00e9es pour la mesure de la duret\u00e9 :<\/p>\n\n\n\n
\n
HB : indice de duret\u00e9 Brinell<\/li>\n\n\n\n
HRA, HRB, HRC, etc. : indice de duret\u00e9 Rockwell<\/li>\n\n\n\n
HV : indice de duret\u00e9 Vickers<\/li>\n\n\n\n
HLD, HLS, HLE, etc. : valeur de duret\u00e9 Leeb<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
M\u00e9thodes courantes pour tester la duret\u00e9 des mat\u00e9riaux<\/h3>\n\n\n\n
Comme mentionn\u00e9 pr\u00e9c\u00e9demment, la duret\u00e9 refl\u00e8te la capacit\u00e9 d'un mat\u00e9riau \u00e0 r\u00e9sister aux rayures, aux coupures ou \u00e0 l'usure de sa surface. Elle est g\u00e9n\u00e9ralement mesur\u00e9e en appliquant une charge sp\u00e9cifi\u00e9e \u00e0 la surface du mat\u00e9riau. Vous trouverez ci-dessous les m\u00e9thodes courantes pour tester la duret\u00e9. Nous d\u00e9crivons les principes et les caract\u00e9ristiques principales de chaque m\u00e9thode, en soulignant les avantages et les limites de chaque m\u00e9thode de mesure de la duret\u00e9.<\/p>\n\n\n\n
\n
M\u00e9thode n\u00b01 : Test de duret\u00e9 Brinell<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Le test de duret\u00e9 Brinell consiste \u00e0 enfoncer une bille d'acier dur ou de carbure, g\u00e9n\u00e9ralement de 10 mm de diam\u00e8tre, dans la surface du mat\u00e9riau sous une charge sp\u00e9cifi\u00e9e, qui varie en fonction du mat\u00e9riau que vous allez tester. La charge standard est de 3 000 kg (ou 29 420 N), g\u00e9n\u00e9ralement appliqu\u00e9e aux m\u00e9taux durs comme le fer et l'acier. Mais pour les mat\u00e9riaux plus tendres comme le cuivre et le laiton, la charge appliqu\u00e9e est de 500 kg (ou 4 905 N). Cette charge est appliqu\u00e9e pendant une dur\u00e9e pr\u00e9d\u00e9termin\u00e9e puis supprim\u00e9e. Le diam\u00e8tre de l'indentation laiss\u00e9e sur la surface du mat\u00e9riau est mesur\u00e9 \u00e0 l'aide d'un microscope. L'indice de duret\u00e9 Brinell (HB) est ensuite calcul\u00e9 \u00e0 l'aide de la formule suivante :<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
O\u00f9,<\/em>F \u2013 la charge appliqu\u00e9e en kilogrammes-force (kgf). Dans le syst\u00e8me SI, les Newtons (N) sont couramment utilis\u00e9s comme unit\u00e9 de charge. Dans ce cas, HB peut \u00e9galement \u00eatre not\u00e9 HBND<\/strong> \u2013 le diam\u00e8tre de la bille, mmd<\/strong> \u2013 le diam\u00e8tre de l'indentation, mm<\/p>\n\n\n\n
Le test de duret\u00e9 Brinell est couramment utilis\u00e9 pour tester des mat\u00e9riaux grands ou \u00e9pais de duret\u00e9 faible \u00e0 moyenne, tels que la fonte, l'acier, les m\u00e9taux non ferreux et leurs alliages. Il est particuli\u00e8rement adapt\u00e9 aux tests de mat\u00e9riaux pr\u00e9sentant des structures de grains grossiers ou in\u00e9gales, car la grande indentation fait la moyenne des incoh\u00e9rences locales. Le test est relativement simple \u00e0 r\u00e9aliser et n\u00e9cessite une pr\u00e9paration minimale de l\u2019\u00e9chantillon. Cependant, l'\u00e9quipement d'essai est g\u00e9n\u00e9ralement encombrant et moins portable que d'autres m\u00e9thodes d'essai de duret\u00e9 comme les essais de duret\u00e9 Rockwell ou Vickers.<\/p>\n\n\n\n
\n
M\u00e9thode n\u00b02 : Test de duret\u00e9 Rockwell<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Cette m\u00e9thode de test consiste d'abord \u00e0 enfoncer un p\u00e9n\u00e9trateur dans la surface du mat\u00e9riau sous une pr\u00e9charge (charge mineure), g\u00e9n\u00e9ralement de 10 kgf, ce qui aide \u00e0 asseoir le p\u00e9n\u00e9trateur et \u00e0 \u00e9liminer toute irr\u00e9gularit\u00e9 de surface. Ensuite, une charge majeure suppl\u00e9mentaire est appliqu\u00e9e, la charge totale (mineure et majeure) allant de 60 \u00e0 150 kgf, selon la balance utilis\u00e9e. Apr\u00e8s un temps de s\u00e9jour sp\u00e9cifi\u00e9, la charge principale est supprim\u00e9e et la profondeur d'indentation est mesur\u00e9e alors qu'elle est toujours sous la charge mineure.<\/p>\n\n\n\n
L'indice de duret\u00e9 Rockwell peut \u00eatre lu \u00e0 l'aide de diff\u00e9rentes \u00e9chelles de duret\u00e9 Rockwell, les \u00e9chelles A, B et C (HRA, HRB, HRC) \u00e9tant les plus couramment utilis\u00e9es. Diff\u00e9rentes \u00e9chelles conviennent \u00e0 diff\u00e9rents types de mat\u00e9riaux et plages de duret\u00e9, chacune utilisant des charges et des types de p\u00e9n\u00e9trateurs diff\u00e9rents. Par exemple, pour mesurer la duret\u00e9 des aciers plus durs et des alliages durs, un p\u00e9n\u00e9trateur \u00e0 c\u00f4ne en diamant avec une charge importante allant jusqu'\u00e0 150 kgf est utilis\u00e9, et le num\u00e9ro de duret\u00e9 est lu sur l'\u00e9chelle \u00ab C \u00bb. Pour les mat\u00e9riaux plus mous comme les alliages de cuivre, l'aluminium et les aciers plus doux, une bille d'acier de 1\/16 de pouce de diam\u00e8tre avec une charge importante allant jusqu'\u00e0 100 kgf est g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9e, et la valeur de duret\u00e9 est lue sur l'\u00e9chelle \u00ab B \u00bb.<\/p>\n\n\n\n
La formule de la duret\u00e9 Rockwell est la suivante :<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
O\u00f9\uff0c<\/em>N <\/strong>\u2013 facteur d'\u00e9chelle en fonction de l'\u00e9chelle utilis\u00e9es <\/strong>\u2013 facteur d'\u00e9chelle en fonction de l'\u00e9chelle utilis\u00e9ed<\/strong> \u2013 profondeur d'indentation permanente par rapport \u00e0 une charge mineure, mm<\/p>\n\n\n\n
Cette m\u00e9thode est rapide et facile \u00e0 mettre en \u0153uvre, et les r\u00e9sultats de duret\u00e9 peuvent \u00eatre directement lus \u00e0 partir des \u00e9chelles de duret\u00e9 Rockwell. Il existe au total 30 \u00e9chelles disponibles pour tester diff\u00e9rents mat\u00e9riaux et plages de duret\u00e9. Par cons\u00e9quent, cette m\u00e9thode est couramment utilis\u00e9e dans le contr\u00f4le qualit\u00e9 et les tests de mat\u00e9riaux dans diverses industries. Cependant, le test Rockwell peut ne pas \u00eatre id\u00e9al pour les mat\u00e9riaux extr\u00eamement durs (par exemple la c\u00e9ramique) ou les mat\u00e9riaux tr\u00e8s mous (par exemple le caoutchouc).<\/p>\n\n\n\n
\n
M\u00e9thode n\u00b03 : Test de duret\u00e9 Vickers<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Ce test utilise un p\u00e9n\u00e9trateur en forme de pyramide de diamant avec une base carr\u00e9e et un angle de 136 degr\u00e9s entre les faces oppos\u00e9es. Le p\u00e9n\u00e9trateur est enfonc\u00e9 dans le mat\u00e9riau avec une charge sp\u00e9cifique et maintenu pendant une certaine p\u00e9riode. Apr\u00e8s le d\u00e9chargement, une empreinte carr\u00e9e est laiss\u00e9e. Les longueurs des deux diagonales de l'indentation sont mesur\u00e9es \u00e0 l'aide d'un microscope ou d'un autre \u00e9quipement de mesure de pr\u00e9cision. Ces mesures sont ensuite utilis\u00e9es pour calculer l'indice de duret\u00e9 Vickers (HV) \u00e0 l'aide de la formule suivante :<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
O\u00f9,<\/em>F \u2013 la charge appliqu\u00e9e, kgfd<\/strong><\/em> \u2013 la longueur moyenne des diagonales, mm<\/p>\n\n\n\n
Le test de duret\u00e9 Vickers est polyvalent et peut \u00eatre utilis\u00e9 pour tester pratiquement tous les mat\u00e9riaux, des m\u00e9taux tr\u00e8s mous aux c\u00e9ramiques extr\u00eamement dures. Il fournit des valeurs de duret\u00e9 pr\u00e9cises et peut \u00eatre r\u00e9alis\u00e9 sur de tr\u00e8s petites zones ou sur des couches minces. De plus, le calcul de la valeur de duret\u00e9 est simple puisque le m\u00eame p\u00e9n\u00e9trateur diamant est utilis\u00e9 pour tous les mat\u00e9riaux. Cependant, cette m\u00e9thode de test n\u00e9cessite des \u00e9quipements sp\u00e9cialis\u00e9s, tels qu'un testeur de microduret\u00e9 et un microscope de haute qualit\u00e9, qui sont co\u00fbteux. De plus, mesurer les diagonales d\u2019indentation prend du temps, en particulier pour plusieurs tests.<\/p>\n\n\n\n
\n
M\u00e9thode n\u00b04 : Test de duret\u00e9 Mohs<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Le test de duret\u00e9 Mohs est un test de rayure. Il s'agit d'une m\u00e9thode qualitative qui compare la r\u00e9sistance d'un mat\u00e9riau aux rayures caus\u00e9es par des min\u00e9raux de duret\u00e9 connue sur une \u00e9chelle de 1 (le plus doux) \u00e0 10 (le plus dur). Le talc est le plus doux (1) et le diamant est le plus dur (10).<\/p>\n\n\n\n
Cette m\u00e9thode est simple et rapide \u00e0 r\u00e9aliser sans n\u00e9cessiter d\u2019\u00e9quipement sophistiqu\u00e9. C\u2019est tr\u00e8s utile pour les travaux sur le terrain et l\u2019identification rapide des min\u00e9raux et autres mat\u00e9riaux. Cependant, il ne fournit que des valeurs de duret\u00e9 relatives et repose sur les comp\u00e9tences et l'exp\u00e9rience de l'op\u00e9rateur.<\/p>\n\n\n\n
Les tests de rayures modernes ont \u00e9volu\u00e9 du simple test de duret\u00e9 Mohs vers des m\u00e9thodes plus sophistiqu\u00e9es qui utilisent souvent des \u00e9quipements pr\u00e9cis, tels que des p\u00e9n\u00e9trateurs diamant\u00e9s et des m\u00e9canismes de chargement contr\u00f4l\u00e9s, pour fournir des mesures plus pr\u00e9cises et reproductibles de la duret\u00e9 des mat\u00e9riaux et de la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure. Ces tests peuvent quantifier la r\u00e9sistance aux rayures des mat\u00e9riaux et sont largement utilis\u00e9s dans diverses industries, notamment les rev\u00eatements, les m\u00e9taux, les c\u00e9ramiques et les composites.<\/p>\n\n\n\n
\n
M\u00e9thode n\u00b05 : Test au scl\u00e9roscope<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Le test Scl\u00e9roscope mesure la duret\u00e9 de rebond d'un mat\u00e9riau. Il s'agit d'utiliser un marteau \u00e0 pointe de diamant qui est lanc\u00e9 d'une hauteur fixe sur le mat\u00e9riau et la hauteur de rebond est mesur\u00e9e. Plus le rebond est \u00e9lev\u00e9, plus le mat\u00e9riau est dur.<\/p>\n\n\n\n
Ce test est une mesure traditionnelle mais directe et non destructive, que l'on retrouve d\u00e9sormais souvent dans des contextes plus sp\u00e9cialis\u00e9s ou historiques. En revanche, l'essai de duret\u00e9 Leeb, qui est \u00e9galement un essai non destructif bas\u00e9 sur la vitesse de rebond d'une masse d'essai, a largement remplac\u00e9 l'essai au scl\u00e9roscope dans les applications modernes. Le test de duret\u00e9 Leeb est plus largement utilis\u00e9, en particulier pour les tests sur le terrain et pour une utilisation industrielle \u00e0 grande \u00e9chelle, en raison de sa portabilit\u00e9, de sa polyvalence et comprend souvent des lectures num\u00e9riques.<\/p>\n\n\n\n
Tableau de duret\u00e9 des mat\u00e9riaux<\/h2>\n\n\n\n
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