Lorsqu’il est question de qualité des matériaux, la dureté est un paramètre important. Il faut la prendre en compte dans le contrôle qualité, le développement de nouveaux alliages et d’autres applications liées aux matériaux.
Dans cet article, nous répondons à plusieurs questions clés sur la dureté des matériaux et expliquons comment on la mesure au moyen d’essais de macrodureté et de microdureté. Nous vous parlons aussi d’un processus de travail simple proposé par notre logiciel, qui facilite les essais de microdureté selon les méthodes Vickers et Knoop.
Qu’est-ce que la dureté ?
La dureté indique dans quelle mesure un échantillon résiste à la déformation, c’est-à-dire à un changement de taille ou de forme sous l’effet de forces physiques. La capacité de mesurer et de comparer objectivement la dureté des matériaux est essentielle au choix du matériau adéquat pour une application donnée.
Comment la dureté est-elle testée ?
La dureté est mesurée dans le cadre d’un essai où un pénétrateur est enfoncé dans la surface du matériau avec une force définie pendant une durée normalisée. Cet essai peut être appliqué à une large gamme de matériaux, y compris des métaux et alliages, des céramiques, des polymères et des films.
Essais de macrodureté et de microdureté : quelle est la différence ?
En général, les grands échantillons sont testés au moyen d’essais de macrodureté, tandis que les petites pièces sont mesurées au moyen d’essais de microdureté. Les deux sont réalisés conformément à des normes internationales, comme celles de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) et de l’American Society for Testing and Materials (ASTM).
Voici un aperçu des deux différentes méthodes :
1. Essais de macrodureté
Les essais de macrodureté mesurent la dureté d’un matériau à une échelle plus large sous de fortes charges, généralement supérieures à 1 kg ou environ 10 newtons (N). Les inspecteurs utilisent ce type d’essais pour les matériaux et échantillons qui sont suffisamment robustes pour supporter les lourdes charges appliquées au cours du processus d’essai.
Ils incluent notamment des matériaux et des équipements utilisés dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale, de la construction, de la fabrication et de la métallurgie.
2. Essais de microdureté
Les essais de microdureté mesurent la dureté d’un matériau à une échelle microscopique sous des charges plus faibles, généralement inférieures à 10 N. Les inspecteurs utilisent ce type d’essais pour les matériaux et échantillons qui sont petits et minces et qui requièrent des mesures précises à l’échelle microscopique ou qui ne peuvent pas résister à un essai de macrodureté.
Ils incluent notamment des films et des revêtements minces, de petits composants et des surfaces plaquées. Cette méthode fournit des informations cruciales sur les caractéristiques microstructurelles d’un matériau. Elle est donc souvent utilisée pour l’analyse des défaillances, la recherche en sciences des matériaux et le contrôle qualité en fabrication.
Comparaison des méthodes d’essai de microdureté Vickers et Knoop
Lors d’un essai de microdureté, un pénétrateur en diamant est pressé sur la surface d’un échantillon avec une force définie pendant une durée donnée. Cet essai est réalisé selon la méthode Vickers ou la méthode Knoop. Voici quelques différences clés entre ces deux méthodes :
1. Essais de microdureté Vickers
Dans le cadre d’un essai de microdureté selon Vickers, le pénétrateur utilisé est un diamant en forme de pyramide à base carrée avec un angle de 136 degrés. Cette forme carrée rend l’essai de dureté Vickers plus adapté aux petits échantillons de forme ronde.
Essai de microdureté selon la méthode Vickers
2. Essais de microdureté Knoop
Dans le cadre d’un essai de microdureté selon Knoop, le pénétrateur a la forme d’une pyramide allongée. Il présente un rapport de 7:1 entre la longueur et la largeur, avec des angles de 172 degrés pour le bord long et de 130 degrés pour le bord court. Cette forme rectangulaire rend la méthode Knoop plus adaptée aux échantillons petits et longs.
La méthode Knoop crée également une petite indentation peu profonde, ce qui la rend préférable pour les échantillons minces tels que les feuilles métalliques, ainsi que pour les échantillons qui nécessitent des indentations rapprochées ou près des bords. De plus, les charges utilisées sont généralement plus légères que celles employées avec la méthode Vickers pour tester les échantillons fragiles.
Essai de microdureté selon la méthode Knoop
Observation et mesure de l’indentation à l’aide d’un microscope
Une fois l’indentation réalisée lors d’un essai de microdureté, un inspecteur l’observe et la mesure au microscope. Ces mesures fournissent une valeur de dureté, laquelle permet de déterminer la résistance de l’échantillon à la déformation du matériau sous une charge de compression constante.
La valeur de dureté est basée sur les mesures effectuées sur l’indentation formée à la surface de l’échantillon. On divise la force appliquée par la surface de l’indentation pour obtenir la valeur de dureté en kilogrammes-force par millimètre carré (kgf/mm²).
- Dans le cadre des essais Vickers, on mesure les deux diagonales de l’indentation, puis on utilise la valeur moyenne pour calculer l’indice de dureté Vickers.
- Pour les essais Knoop, on utilise la longueur de l’indentation le long de son grand axe pour déterminer l’indice de dureté.
Un processus logiciel personnalisé pour les essais de microdureté
Pour simplifier ce processus de mesure, nous avons créé un processus logiciel spécial. En effet, notre solution personnalisée PRECiV™ pour les essais de microdureté calcule l’indice de dureté selon la méthode Vickers ou Knoop.
Pour sélectionner la solution d’essai de microdureté dans le logiciel PRECiV, utilisez le processus des solutions dédiées aux matériaux (Material Solutions) dans la fenêtre d’outils de droite. La section du processus de travail vous guide à travers la procédure de mesure selon la méthode que vous avez sélectionnée (Vickers ou Knoop).
Calculez la dureté d’un échantillon et la profondeur des indentations en utilisant
la solution personnalisée pour essais de microdureté du logiciel PRECiV.
Une fois la mesure effectuée, les résultats s’affichent dans la zone des résultats de l’outil. Vous y trouverez la valeur de dureté, la longueur des diagonales et les coordonnées de l’intersection. Des statistiques de mesure s’affichent également dans la zone du processus à droite.
Le bouton d’enregistrement des résultats permet d’exporter les données et les paramètres propres à l’échantillon au format d’un classeur Excel ou d’un fichier compatible avec Excel.
Découvrez le processus complet dans la vidéo suivante ! N’hésitez pas à contacter notre équipe si vous avez des questions ou pour planifier une démonstration de ce processus de mesure.
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