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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux essais de dureté, notamment ceux à chaud conduits sur des alliages viscoplastiques. Les essais effectués avec de très faibles forces et pénétrations donnent lieu à des effets de taille, attendus dans le cas d’indenteurs sphériques. Sont également analysés les phénomènes de rupture associés aux matériaux semi-fragiles. Pour terminer, la caractérisation des matériaux anisotropes, mono- et polycristallins, est également abordée.
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Éric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur ès Sciences - Maître de Recherches à l’École des Mines de Paris
INTRODUCTION
Dans cet article, nous nous intéressons tout d’abord au cas des essais effectués sur des alliages dont la contrainte d’écoulement dépend de la vitesse de déformation, par exemple lors des essais de dureté à chaud. Puis, nous faisons le point des connaissances actuelles sur les résultats d’essais effectués avec de très faibles forces et pénétrations où se manifestent des effets de taille. Nous précisons ensuite les phénomènes de rupture induits en indentant des matériaux semi-fragiles, à savoir la transition ductile/fragile et leur exploitation pour mesurer la ténacité de ces corps. Enfin, nous analysons le cas des matériaux anisotropes : monocristaux et corps polycristallins présentant une texture cristallographique.
Cet article fait partie d’une série d’articles sur les essais de dureté :
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Dureté des corps. Analyse d’autres comportements [M 4 157] ;
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2. Effets de taille
2.1 Divers aspects
L’effet de taille en dureté est associé au fait que la dureté dépend de la force appliquée. Cet effet est a priori normal dans le cas d’indenteurs sphériques puisque la déformation du matériau dépend de la taille du contact (cf. ). Il est également normal d’observer de tels effets lorsque la taille du contact est comparable à la taille des grains du matériau [29]. Il est par contre inattendu dans le cas d’indentations effectuées avec des indenteurs coniques type pyramides dans des matériaux réputés élastoplastiques et homogènes à l’échelle des indentations. Certaines observations ont pu être interprétées physiquement et attribuées à divers phénomènes :
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le mode d’application de la force : vibrations parasites par exemple ; en outre, compte tenu de la possibilité d’effets viscoplastiques, même à basse température, il importe pour minimiser ces effets de comparer des résultats pour des durées d’application du chargement du type puissance identiques ou des vitesses de chargement exponentiel γ identiques 1.2 ;
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la présence de films de surface de propriétés mécaniques différentes de celles du cœur du matériau, couches résultant soit d’une contamination [1], soit d’une réaction chimique (oxydes) soit d’un écrouissage superficiel induit par la préparation de la surface du matériau (polissage mécanique trop « brutal ») ;
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l’imperfection géométrique de la pointe de l’indenteur : la surface de contact réelle à faible pénétration étant en général plus grande que la surface nominale de contact, la dureté...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TABOR (D.) - The hardness of solids. - Proc. of the Institute of Physics F- Physics in Technology, 1, 145-179 (1970).
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(2) - O’NEILL (H.) - Hardness measurements of metals and alloys. - Chapman and Hall, p. 238 (1967).
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(3) - LAUGIER (M.T.) - Hertzian indentation of ultra-fine grain size WC-Co composites. - J. Mater. Sci. Lett., 6, 841-943 (1987).
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(5) - PETHICA (J.B.), HUTCHINGS (R.), OLIVER (W.C.) - Hardness measurement at penetration depths as small as 20 nm. - Phil. Mag. A 48, No 4, 593-606 (1983).
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(6) - SUZUKI (H.) et coll - Studies on the flow stress of metals and alloys. - Report of the Institute of Industrial science,...
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