Tout ce que vous devez savoir sur la dureté des matériaux

L'adéquation du matériau utilisé pour une pièce est très importante pour que la pièce puisse fonctionner dans son environnement prévu. L'un de ces matériaux qui déterminent l'adéquation d'un matériau au projet est la dureté du matériau. Il détermine si votre projet nécessite un matériau à haute dureté comme l'acier ou des matériaux plus tendres.

Nous savons tous que l'utilisation de mauvais matériaux dans un projet peut avoir un effet désastreux, en particulier lorsque la pièce produite fait partie d'un projet plus vaste. Par conséquent, évaluer la dureté de votre matériau avant la production est indispensable.

Si vous avez besoin d'une substance capable de résister à une forte indentation ou à une abrasion sans déformation, vous devez opter pour des matériaux durs. Cependant, les matériaux à haute dureté ne conviennent pas nécessairement à tous les projets. Vous devez consulter une entreprise d'usinage experte pour savoir laquelle convient à votre projet.

Qu'est-ce que la dureté du matériau ?

La dureté du matériau est la capacité d'un matériau à résister à la force sans déformation, rayure, pénétration et indentation. En d'autres termes, c'est la capacité d'un matériau à conserver ses caractéristiques physiques même face à une force appliquée.

La dureté varie entre de nombreux matériaux, des matériaux comme l'acier ayant une dureté plus élevée que d'autres comme l'étain. Certains autres matériaux non métalliques comme le bois et les plastiques possèdent également des caractéristiques de métal mou.

La dureté des matériaux dépend de plusieurs facteurs, tels que sa plasticité, sa rigidité élastique, sa ductilité, sa ténacité, sa déformation, sa résistance, sa viscoélasticité et sa viscosité.

Quels sont les différents types de dureté de matériau ?

Les matériaux se comportent différemment selon les conditions. Par exemple, un matériau peut résister à un énorme impact ponctuel, mais ne peut pas supporter une charge continue. Par conséquent, vous devez effectuer la dureté du matériau en fonction des besoins de votre projet.

Nous pouvons classer la dureté des matériaux en trois catégories. Les matériaux ont des valeurs différentes sous ces différents types de dureté. Ils incluent :

• Dureté aux rayures
• Dureté de rebond
• Dureté d'indentation

Dureté aux rayures

Les machinistes définissent la dureté aux rayures comme la capacité d'un matériau à résister aux rayures sur la surface. Les rayures sont de fines lignes continues à la surface des matériaux. Lorsqu'un matériau pointu et plus rigide effleure la surface d'un matériau plus doux, il provoque des rayures sur la surface de ces matériaux.

Les machinistes utilisent des tests de rayure pour les matériaux fragiles tels que la céramique. Certains matériaux peuvent ne pas atteindre la déformation plastique mais ne peuvent pas résister aux rayures. Certains modèles sont sensibles aux rayures; ainsi, vous avez besoin d'un matériau avec une dureté élevée aux rayures.

Par exemple, certaines parties d'une machine peuvent nécessiter des frottements. L'utilisation d'un matériau avec une faible dureté aux rayures, dans ce cas, peut ne pas être suffisante. En effet, avec un peu de frottement, le matériau peut perdre sa surface lisse et éventuellement affecter la fonctionnalité globale de la machine. Cela signifie que vous devez souvent dépenser plus pour les réparations. Vous pouvez éviter cela en effectuant un test de dureté aux rayures pour savoir si le matériau résistera au frottement et ne perdra pas sa surface lisse.

Dureté de rebond

Un synonyme pour cela est la dureté dynamique, et il s'agit plus d'une dureté élastique que d'une dureté plastique. La dureté élastique signifie qu'un matériau ne se déforme pas de façon permanente. Il ne perd sa forme que lorsqu'il y a l'application d'une force extérieure. Une fois qu'il y a suppression de la force externe, il retrouve automatiquement sa forme d'origine. Ce n'est pas le cas avec la déformation plastique, où le matériau ne peut pas retrouver sa forme d'origine. Ainsi, la dureté de rebond est plus une dureté élastique.

La dureté de rebond nécessite que le matériau absorbe l'énergie lors de l'impact et la renvoie au pénétrateur. Les machinistes utilisent un pénétrateur pour tester la dureté de rebond. Le matériau utilisé comme pénétrateur a déjà une dureté connue que les machinistes comparent à celle du matériau mesuré.

Vous pouvez mesurer le rebond ou la dureté dynamique d'un matériau en laissant tomber un marteau à pointe de diamant dessus. Ils mesurent ensuite la limite du marteau après avoir frappé la surface. Si le marteau revient plus près de la hauteur de chute d'origine, le matériau a une valeur élevée pour la dureté de rebond. D'autre part, si le marteau ne s'est pas rapproché de la hauteur de chute, le matériau a une faible dureté de rebond.

Dureté d'indentation

Les machinistes utilisent la dureté d'indentation pour déterminer la dureté d'un matériau à la déformation. Il nécessite d'indenter le matériau examiné avec une charge continue jusqu'à ce qu'il forme une empreinte. Les machinistes effectuent des tests de dureté par indentation à des échelles microscopiques et macroscopiques, en fonction du matériau testé et de l'objectif qu'il doit servir.

Lorsque les ingénieurs et les métallurgistes parlent de dureté des matériaux, ils font souvent référence à la dureté d'indentation. La mesure de la valeur d'indentation du matériau vous permet de savoir quelle charge le matériau peut supporter avant de se déformer.

Par quelle unité la dureté du matériau est-elle mesurée ?

Certains machinistes confondent souvent les unités SI de dureté avec celle de pression. Le premier a une unité SI de N/mm², autrement appelée l'unité Pascal. Ce dernier, en revanche, a une unité SI de (N/m2, ou kg·m−1·s−2).

Chacun des différents types de dureté discutés précédemment a différentes échelles de mesure. Les unités sont dérivées de chaque méthode de mesure; par conséquent, ils ne conviennent pas à une comparaison directe. Néanmoins, il existe une table de conversion que vous pouvez utiliser à des fins de comparaison. Nous disons « gérer » car la comparaison ne peut pas être précise à 100 %, mais elle donne une indication appropriée.

Certaines unités courantes de mesure de la dureté comprennent le nombre de dureté Brinell (HB), le nombre de dureté Rockwell (HRA, HRB, HRC, etc.), la valeur de dureté Leeb (HLD, HLS, HLE, etc.) et le nombre de dureté Vickers (HV). Nous avons fait une comparaison des méthodes de mesure dans le tableau ci-dessous.

Comment tester la dureté des matériaux

Chaque type de dureté de matériau est mesuré différemment. Voici comment tester chaque type de dureté :

Le test de Brinnel

Il s'agit d'un test de dureté courant utilisé par les machinistes. Tout d'abord, les machinistes se familiarisent avec la machine d'essai. Il effectue tous les réglages nécessaires sur le moniteur avant d'effectuer le test.

Le principe consiste ici à utiliser une bille d'acier de 10 mm de diamètre pour créer une empreinte sur l'éprouvette. L'empreinte est ensuite calculée pour connaître l'indice de dureté Brinnel du matériau.

La machine abaisse la balle sur le matériau pour former une empreinte et la laisse pendant environ 30 secondes. Le machiniste applique alors une force sur la balle. Le type de métal testé détermine la force appliquée.

Certains métaux peuvent nécessiter une charge de 500 kg, tandis que d'autres peuvent nécessiter jusqu'à 3000 kg, ce qui est la charge standard. Si le pénétrateur est retiré, l'ingénieur mesure sa taille en observant avec un microscope à faible puissance. Il recadre d'autres zones et calcule la moyenne des mesures à angle droit.

Après avoir terminé le test, les machinistes calculent le nombre de dureté à l'aide de la formule de calcul de dureté Brinell.

Où,

F – force, N

D - diamètre du pénétrateur, mm

d - diamètre d'indentation, mm

Test de dureté Rockwell

Il s'agit d'un autre type courant de test de dureté. Le type de matériau testé détermine le type d'échelle utilisé.

Il y a 30 échelles différentes à choisir; par conséquent, vous pouvez sélectionner celui qui convient à votre matériel. Cependant, les échelles les plus couramment utilisées sont "B" et "C".

Le testeur applique d'abord une charge mineure avant d'appliquer la charge de test. La charge mineure aide à fixer correctement le pénétrateur dans l'échantillon de test et à éliminer toute forme d'irrégularités de surface pour un résultat plus précis.

Il abaisse ensuite le pénétrateur dans le matériau pour créer une empreinte en appliquant la charge principale. Il mesure l'empreinte pour déterminer la dureté. Le testeur détermine ensuite la dimension d'empreinte augmentée en calculant la valeur de dureté.

La formule de la dureté Rockwell est :

Où,

N - facteur d'échelle en fonction de l'échelle utilisée

s - facteur d'échelle en fonction de l'échelle utilisée

d - la profondeur de l'indentation permanente par rapport à la charge mineure, mm

Test de dureté Vickers

C'est une autre méthode de mesure de la dureté. Il est plus adapté aux matériaux souples qui nécessitent moins de charges. Par conséquent, si vous avez besoin d'une meilleure précision pour vos matériaux souples, le test Vickers est le meilleur pour vous.

Vickers utilise un seul pénétrateur diamant pour tous les matériaux, ce qui facilite ses calculs.

Le testeur doit d'abord se familiariser avec la machine avant de commencer. La pièce est ensuite placée sur la machine pour trouver une hauteur appropriée à l'aide du microscope. Vous pouvez déterminer le bon endroit en vérifiant les images à l'écran. Lorsque vous avez une image plus nette, elle est bien définie.

Le pénétrateur en diamant est abaissé sur la pièce et autorisé à rester pendant une période spécifiée.

Soulevez le pénétrateur et mesurez la valeur d'indentation en utilisant la formule ci-dessous :

Où,

F - Force, N

d - diagonale d'indentation, mm

Test de dureté Mohs

Si vous souhaitez mesurer la dureté des rayures, c'est une méthode appropriée que vous pouvez adopter. Traditionnellement, ce test est réalisé en grattant le matériau contre un matériau de référence de dureté connue. Le test de dureté Mohs utilise dix matériaux de référence de dureté différente. Le type de matériau testé détermine le type de référence à utiliser. Le résultat est ensuite obtenu en attribuant une valeur numérique de dureté au matériau d'essai.

La parole est le matériau le plus doux utilisé, avec une valeur de 1. Le matériau le plus dur, en revanche, est le diamant avec une valeur de 10.

Un pénétrateur diamant Rockwell est utilisé pour le test de dureté Mohs moderne. Le principe de fonctionnement de la machine est similaire à celui de la méthode traditionnelle. Il s'agit de gratter l'éprouvette pendant une durée déterminée par une charge appropriée.

Test au scléroscope

Vous pouvez utiliser le scléroscope pour déterminer la dureté de rebond des matériaux. Vous pouvez effectuer ce test en connectant un tube de verre vertical creux à un support. Vous déposerez ensuite un marteau en diamant à travers le tube sur l'éprouvette. Le marteau rebondira, et la hauteur du rebond est ce que vous mesurerez et enregistrerez. Les matériaux avec une dureté plus élevée auront un rebond plus élevé tandis que les matériaux mous auront une faible limite.

Tableau de dureté des matériaux

Un tableau de dureté des matériaux est l'un des moyens les plus simples de déterminer la dureté de certains types de matériaux populaires. Le tableau fournit la valeur de dureté de ces différents matériaux en utilisant diverses méthodes de mesure. Par exemple, le tableau ci-dessus montre les valeurs de dureté de métaux comme l'aluminium et le titane en utilisant des méthodes de mesure comme l'échelle de Brinell. De cette façon, vous n'avez pas à évaluer la dureté de votre matière première si vous utilisez quelqu'un de la liste.

Cependant, vous devez vous assurer que la grille utilisée est une grille évaluée dans des conditions standard.

Conclusion

Il est essentiel de faire un bon test de dureté du matériau si vous souhaitez choisir un matériau adapté à votre projet. Il existe différentes façons de tester la dureté de votre matériau. Consultez une entreprise experte pour obtenir des conseils professionnels sur la dureté de votre matériau.

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