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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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Alliages viscoplastiques
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4. Matériaux anisotropes
4.1 Caractérisation de l’anisotropie plastique par des essais de dureté
Du fait de l’anisotropie plastique du matériau indenté, l’empreinte résiduelle ne présente pas les symétries de l’indenteur : les longueurs des diagonales d’une empreinte Vickers sont différentes [56] et l’empreinte laissée par un indenteur de révolution n’est pas circulaire. Ces effets restent assez limités en général et, pour une indentation Vickers, par exemple, une manière simple de s’en affranchir est de calculer la dureté à partir de la moyenne des longueurs des diagonales d’empreintes.
Pour étudier l’effet de cette anisotropie plastique, on peut utiliser un indenteur Knoop (cf. ) et effectuer des indentations pour diverses orientations de la grande diagonale de l’indenteur : on met ainsi en évidence de manière reproductible une variation de dureté. Dans le cas de la face (001) du monocristal de fluorure de lithium, celle‐ci reste assez limitée : de l’ordre de 8 %, et elle présente les mêmes symétries que le cristal, les directions parallèles aux arêtes de la maille cubique, du type [010], étant les plus « molles », les directions à 45o [110] les plus « dures » (figure 12).
Ces variations restent assez modestes, mais on peut observer une variation de l’ordre de 22 % sur un monocristal (cubique centré) de molybdène et de 28 % sur un monocristal (cubique à faces centrées) de cuivre [65]. Par ailleurs, l’effet de l’anisotropie plastique est plus marqué dans un essai de rayure : sur la face (001) d’un cristal de fluorure de lithium, la largeur du sillon formé peut varier de 20 % selon l’orientation de la direction de glissement de l’indenteur, ce qui correspond à une variation de 40 % environ de la dureté rayure, au sens défini en , les directions « molles » et « dures » étant les...
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Matériaux anisotropes
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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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(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.
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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).
-
(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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