Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
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).
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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Lire l’articleAuteur(s)
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Dominique FRANÇOIS : Professeur honoraire de l’École Centrale de Paris
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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Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Étude et propriétés des métaux > Essais mécaniques sur les métaux et alliages > Essais mécaniques des métaux - Essais de dureté > Essais de dureté sur matériaux fragiles
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Correspondance entre les différentes échelles de dureté
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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 K Ic 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 = K Ic. 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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Essais de dureté sur matériaux fragiles
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.
-
(5) - FRANÇOIS (D.) - Essais mécaniques des métaux. Détermination des lois de comportement. - M 120 10-1996.
-
(6) - FRANÇOIS (D.) - Essais mécaniques...
NF EN ISO 6506-1 Octobre 1999
Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 1 : méthode d’essai
NF EN ISO 6506-2 Octobre 1999
Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 2 : vérification et étalonnage des machines d’essai
NF EN ISO 6506-3 Octobre 1999
Matériaux métalliques – Essai de dureté Brinell – Partie 3 : étalonnage des blocs de référence
NF EN ISO 6507-1 Juin 1998
Matériaux métalliques – Essai de dureté Vickers – Partie 1 : méthode d’essai
NF EN ISO 6507-2 Juin 1998
Matériaux métalliques – Essai de dureté Vickers – Partie 2 : vérification des machines d’essai
NF EN ISO 6508-1 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)
NF EN ISO 6508-2 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)
NF EN ISO 6508-3 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)
NF EN ISO 18265 Juin 2004
Matériaux...
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