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Article

1 - ESSAIS DE DURETÉ PAR RAYAGE

2 - ESSAIS DE DURETÉ PAR REBONDISSEMENT

  • 2.1 - Pénétration dynamique
  • 2.2 - Rebondissement Shore

3 - ESSAIS PENDULAIRES DE DURETÉ

4 - ESSAIS DE DURETÉ PAR PÉNÉTRATION

5 - ESSAIS DE DURETÉ À CHAUD

6 - ESSAIS DE DURETÉ SUR MATÉRIAUX FRAGILES

7 - CORRESPONDANCE ENTRE LES DIFFÉRENTES ÉCHELLES DE DURETÉ

8 - VÉRIFICATION DES MACHINES ET DES BLOCS-ÉTALONS DE DURETÉ

Article de référence | Réf : M4160 v1

Essais de dureté sur matériaux fragiles
Essais mécaniques des métaux - Essais de dureté

Auteur(s) : Dominique FRANÇOIS

Date de publication : 10 mars 2005

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NOTE DE L'ÉDITEUR

27/02/2019

La norme NF EN ISO 6506-2 de novembre 2014 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 6506-2 (A03-152-2) "Matériaux métalliques - Essai de dureté Brinell - Partie 2 : Vérification et étalonnage des machines d'essai" (Révision 2018)
 Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1812 (décembre 2018).

20/12/2018

Les normes NF EN ISO 6507-1 à -3 de mars 2006 citées dans cet article ont été remplacées par les normes NF EN ISO 6507-1 à -3 (A03-154-1 à -3) "Matériaux métalliques - Essai de dureté Vickers - Partie 1: Méthode d'essai- Partie 2: Vérification et étalonnage des machines d'essai - Partie 3: Étalonnage des blocs de référence"

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1803 (avril 2018).

RÉSUMÉ

Simples et rapides, les essais de dureté sont très fréquemment utilisés pour suivre l’évolution des propriétés d’une pièce métallique, ou contrôler sa conformité. Ils consistent à mesurer la résistance à la pénétration locale du matériau. La notion de dureté reste cependant complexe à appréhender, puisqu’elle est dépendante  non seulement des caractéristiques du matériau, mais également de la méthode d’évaluation de la dureté retenue (nature et forme du pénétrateur, mode de pénétration).   

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Auteur(s)

INTRODUCTION

Dans cette rubrique Essais mécaniques des métaux, le lecteur pourra également se reporter aux articles spécialisés suivants :

  • « Détermination des lois de comportement » [M 120] ;

  • « Essais d’aptitude à la mise en forme » [M 125] ;

  • « Essais de rupture » [M 126].

Si la notion de dureté est l’une des plus intuitives, sa mesure correspond en pratique à celle de la résistance à la pénétration locale du matériau considéré. La dureté est alors une propriété physique complexe et difficile à interpréter, qui dépend non seulement des caractéristiques de ce matériau, mais aussi de la nature et de la forme du pénétrateur et du mode de pénétration. C’est ainsi que le cuivre écroui offre une plus grande résistance à la pénétration que l’acier doux, mais il est rayé par lui.

Les essais habituels de dureté sont simples, rapides, et généralement non destructifs sauf très localement ; ils offrent donc un moyen très commode, et très utilisé dans les ateliers, pour vérifier l’évolution des propriétés d’une pièce métallique, notamment lors des traitements thermiques et mécaniques, ou pour contrôler la conformité des fournitures. De plus, la dureté permet d’apprécier, dans une certaine mesure, la résistance mécanique, la résistance à l’abrasion, la conservation du poli, la difficulté d’usinage, etc. Elle permet d’apprécier la résistance des corps fragiles (carbures, composés intermétalliques, etc.). Enfin, la mise au point des méthodes de mesure de la microdureté permet de résoudre de nombreux problèmes : évaluation de la dureté des couches minces ou superficielles, exploration d’alliages à phases multiples, évaluation de l’écrouissage local, etc. Depuis quelques années, la mise au point des techniques de mesure à l’échelle nanométrique ouvre, grâce à la nanodureté, des possibilités encore plus grandes dans ces domaines.

De très nombreuses méthodes d’évaluation de la dureté ont été proposées. Les plus courantes et les plus familières consistent à mesurer la résistance à la pénétration, mais les essais par rayage, par rebondissement ou par oscillations de pendules peuvent dans certains cas offrir des possibilités intéressantes.

Les sigles et symboles sont explicités en p. 16.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4160


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6. Essais de dureté sur matériaux fragiles

Sous la charge d’un pénétrateur, un matériau fragile ne peut se déformer plastiquement que très faiblement ; il réagit en se fissurant. Il apparaît en effet des fissures qui prennent naissance aux bords du pénétrateur. S’il s’agit d’une bille, la fissure prend la forme d’un cône ; c’est la fissure conique hertzienne. Dans le cas d’un pénétrateur pyramidal, les fissures se propagent à partir des quatre coins des empreintes. Le pénétrateur agit sur ces fissures en provoquant leur ouverture dans des conditions de déplacement imposé. De ce fait, elles sont stables et ne se propagent que dans la mesure où la profondeur de pénétration augmente (cela n’est toutefois exact qu’en l’absence d’effet d’environnement).

La propagation a lieu si le facteur d’intensité de contrainte dépasse la ténacité KIc du matériau, mais elle s’arrête lorsque les fissures ont atteint une certaine longueur caractéristique. En effet, le facteur d’intensité de contrainte diminue lorsque la longueur c des fissures augmente dans des conditions de déplacement imposé. L’arrêt des fissures correspond à la condition K = KIc. Les essais d’indentation sur matériaux fragiles constituent donc un bon moyen de détermination de la ténacité, et plus généralement des conditions de propagation des fissures.

Suivant la configuration exacte des fissures, l’expression du facteur d’intensité de contrainte K varie. Mais, il est toujours de la forme :

Dans cette expression, P est la charge appliquée, c la longueur des fissures prise à partir du centre de l’empreinte de dureté et χ est un facteur sans dimensions qui dépend de la configuration de la fissure et du coefficient de Poisson du matériau. Pour une empreinte Vickers, χ vaut environ 0,05 [3] [4].

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RODRIGUEZ (R.), GUTIERREZ (I.) -   Correlation between Nanoindentation and Tensile Properties. Influence of the Indentation Size Effect.  -  Materials Science and Engineering A 361 2003 pp. 377-384.

  • (2) - MURAKAMI (Y.), YVAN (L.P.) -   Finite Elements Method (FEM) Analysis of Elastic Linear Hardening Materials and Comparison with Measurements on Commercial Materials.  -  JTEVA 20 1992 pp. 15-24.

  • (3) - LAWN (B.) -   Fracture of Brittle Solids,  -  1993 Cambridge U. Press.

  • (4) - LOST (A.), FOCT (J.) -   Mesure de la ténacité par indentation, application à la galvanisation.  -  Mémoires et études scientifiques. Rev. Net. décembre 1992.

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Essais mécaniques des métaux. Détermination des lois de comportement.

  • Essais mécaniques des métaux. Essais d’aptitude à la mise en forme.

  • Essais de rupture.

1 Normalisation

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 1 : méthode d’essai

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 2 : vérification et étalonnage des machines d’essai

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 3 : étalonnage des blocs de référence

Juin 1998

Matériaux métalliques – Essai de dureté Vickers – Partie 1 : méthode d’essai

Juin 1998

Matériaux métalliques – Essai de dureté Vickers – Partie 2 : vérification des machines d’essai

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Rockwell – Partie 1 : méthode d’essai (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Rockwell – Partie 2 : vérification et étalonnage des machines d’essai (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

Octobre 1999

Matériaux métalliques – Essai de dureté Rockwell – Partie 3 : étalonnage des blocs de référence (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

Juin 2004

Matériaux métalliques – Conversion des valeurs de dureté

Juin 2003

Matériaux métalliques – Essai...

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