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1 - MATÉRIAUX NON ÉCROUISSABLES

2 - INFLUENCE DE L’ÉCROUISSAGE

3 - CAS DES MATÉRIAUX HÉTÉROGÈNES

Article de référence | Réf : M4155 v1

Matériaux non écrouissables
Dureté des métaux courants - Cas limite rigide – plastique

Auteur(s) : Eric FELDER

Relu et validé le 17 mars 2021

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RÉSUMÉ

Cet article s’intéresse à l’élasticité des matériaux métalliques courants. Il s’attarde tout d’abord à préciser les liens entre la contrainte d’écoulement plastique et la dureté pour des matériaux non écrouissables. Puis, il étudie l’influence de l’écrouissage pour différents indenteurs, sphérique, conique de révolution et pyramidal. Des cas d’essais de dureté réalisés sur des matériaux hétérogènes sont ensuite présentés, certains à gradient de dureté, d’autres revêtus d’un film mince ou soumis à un traitement de diffusion.

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Auteur(s)

  • Eric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur es Sciences - Maître de Recherches à l’École des Mines de Paris

INTRODUCTION

Pour les indenteurs pointus et/ou les matériaux métalliques courants, de limite d’élasticité petite devant leur module d’Young, l’analyse qualitative a montré que l’élasticité a peu d’influence sur la pression de contact. Nous précisons ici les liens entre la contrainte d’écoulement plastique et la dureté des matériaux peu écrouissables, puis précisons l’influence de l’écrouissage pour les formes usuelles d’indenteur : sphère, cône de révolution, pyramide. Enfin, nous analysons le cas d’essais de dureté réalisés sur des matériaux hétérogènes, du type matériau revêtu d’un film mince ou présentant une variation continue de dureté avec la distance à la surface (pièces soumises à un traitement de diffusion, par exemple).

Cet article fait partie d’une série d’articles sur les essais de dureté :

  • Dureté des corps et analyse qualitative [M 4 154] ;

  • Dureté des métaux courants. Cas limite rigide-plastique [M 4 155] ;

  • Dureté des matériaux. Influence de l’élasticité [M 4 156] ;

  • Dureté des corps. Analyse d’autres comportements [M 4 157] ;

  • Pour en savoir plus [Doc. M 4 158].

Les symboles utilisés dans cet article ont pour la plupart déjà été introduits en [M 4 154]. Le lecteur se reportera utilement à son tableau de symboles.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4155


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1. Matériaux non écrouissables

1.1 Indentation plane

Pour préciser simplement la morphologie de l’écoulement selon la géométrie de l’indenteur et le frottement, considérons tout d’abord le cas de l’indentation par un dièdre : chaque tranche de matière selon un plan perpendiculaire à l’arête du dièdre subit la même déformation (déformation plane) et on connaît deux formes simples et possibles d’écoulement plastique (figure 1) décrites par la méthode du champ des lignes de glissement [14]. La zone de déformation se situe au voisinage immédiat de l’indenteur : la matière y est animée d’une vitesse de module constant et de direction parallèle à la frontière avec le substrat qui ne se déforme pas ; l’avancée de l’indenteur produit une remontée de matière au voisinage de la surface libre pour y former un bourrelet de surface plane .

À faible frottement , la face droite de l’indenteur OB s’appuie sur une zone triangulaire (rectangle) OAB, d’angle λ décroissant quand le frottement augmente et où la matière, en glissant sur l’indenteur, s’écoule parallèlement à OA avec un champ de vitesse et de contrainte uniformes ; elle est cisaillée dans le secteur circulaire ABC, appelé éventail de Prandtl, d’ouverture angulaire ψ, parallèlement aux arcs des cercles de centre B et remonte parallèlement à CD dans le triangle rectangle-isocèle BCD où vitesse et contraintes sont à nouveau uniformes. Les valeurs de H* et A* dépendent de θ et du frottement.

À partir d’un certain niveau de frottement , l’écoulement n’est plus sensible au frottement : l’indenteur s’appuie sur une zone rigide dite « zone morte » (quadrilatère B’OBA) animée de la même vitesse que l’indenteur et équivalente en première approximation à un dièdre d’angle total 90˚ qui pousse la...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TABOR (D.) -   The hardness of solids.  -  Proc. of the Institute of Physics F- Physics in Technology, 1, 145-179 (1970).

  • (2) - O’NEILL (H.) -   Hardness measurements of metals and alloys.  -  Chapman and Hall, p. 238 (1967).

  • (3) - LAUGIER (M.T.) -   Hertzian indentation of ultra-fine grain size WC-Co composites.  -  J. Mater. Sci. Lett., 6, 841-943 (1987).

  • (4) - DOERNER (M.F.), NIX (W.D.) -   A method for interpreting the data from depth-sensing indentation instruments.  -  J. Mater. Res., 1, (No 4), 601-608, juill./août 1986.

  • (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).

  • (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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