Comprendre la dureté d'un matériau

La capacité d'un matériau à tolérer une déformation permanente localisée, comme l'indentation, est caractérisée par sa dureté. La coupe, l'abrasion, la pénétration et les rayures peuvent toutes provoquer la déformation des matériaux. Par conséquent, la dureté peut également être utilisée pour définir la résistance d'un matériau à la déformation.

La résistance d'une substance à une déformation permanente localisée est mesurée par sa dureté. La déformation plastique est un autre terme pour la déformation permanente. Alors que la déformation élastique se produit lorsqu'un matériau change de forme uniquement lorsqu'une force est appliquée, la déformation plastique se produit lorsqu'une substance ne reprend pas sa forme d'origine.

Dans cet article, les questions suivantes seront abordées :

• Quelle est la dureté d'un matériau ?
• Quels sont les types de dureté ?

Plongeons !

Quelle est la dureté d'un matériau ?

La dureté est une méthode utilisée pour déterminer la résistance d'un matériau à la déformation plastique localisée causée par l'indentation mécanique ou l'abrasion. La dureté varie selon les matériaux; par exemple, les métaux durs comme le titane et le béryllium sont plus durs que les métaux mous comme le sodium et l'étain métallique, ainsi que le bois et les polymères ordinaires.

De fortes connexions intermoléculaires décrivent la dureté macroscopique, mais le comportement des matériaux solides sous la force est complexe, donc la dureté de rayure, la dureté d'indentation et la dureté de rebond sont toutes des mesures de dureté différentes. La ductilité, la rigidité élastique, la plasticité, la déformation, la résistance, la ténacité, la viscoélasticité et la viscosité sont tous des facteurs qui influencent la dureté. La céramique, le béton, certains métaux et les matériaux ultra-durs sont des exemples de matière dure, qui peut être comparée à la matière molle.

Certains matériaux ont une dureté naturelle élevée. Le tungstène, par exemple, est un métal très dur utilisé comme élément d'alliage dans les aciers à outils. Cela garantit que ce groupe d'aciers peut résister à l'usure même lors de la coupe à des températures élevées. Le tungstène est fréquemment inclus dans le carbure cémenté, qui est couramment utilisé dans les fraises. Ces embouts de coupe interchangeables prolongent considérablement la durée de vie des outils de coupe.

D'autre part, d'autres matériaux, tels que les métaux, sont mous au point d'être inutilisables dans une variété d'applications. Parce que l'or pur est si délicat, le gratter ou le plier demande peu d'effort. Pour améliorer sa dureté, d'autres métaux tels que l'argent, le cuivre et l'aluminium doivent être ajoutés.

Avec certains matériaux, le traitement thermique peut être utilisé pour augmenter la dureté de surface tout en préservant les autres propriétés du métal. Il s'agit d'une opération courante pour les arbres de machine afin d'assurer une durée de vie plus longue. Lors de l'élaboration d'un concept de conception de produit, un ingénieur doit également tenir compte du rapport de dureté. Dans un ajustement de roulement et d'arbre, par exemple, le roulement doit être plus mou car il est plus facile à remplacer. Avec des mouvements fréquents, une pièce doit s'user et l'ingénieur a le dernier mot.

Quels sont les types de dureté ?

La capacité d'un matériau à résister à la déformation est testée par un test standard qui mesure la résistance de la surface à l'indentation. La forme ou le type d'empreinte, la taille et la quantité de charge appliquée sont les tests de dureté les plus fréquents.

L'éraflure, l'indentation et le rebond sont les trois types de tests de dureté de base. Des échelles de mesure individuelles existent dans chacune de ces classes de mesure. Les tables de conversion sont utilisées pour convertir d'une échelle à une autre à des fins pratiques. Voici les différents types de dureté :

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

Dureté aux rayures

Les types de dureté de rayures font référence à la résistance d'un échantillon à la rupture ou à la déformation plastique persistante résultant du frottement d'un objet pointu. Un objet fait d'une substance plus dure grattera un objet fait d'un matériau plus mou, selon le principe.

La dureté à la rayure fait référence à la force nécessaire pour couper le film jusqu'au substrat lors du test des revêtements. L'échelle de Mohs, utilisée en minéralogie, est le test le plus répandu. Le scléromètre est un outil qui peut être utilisé pour accomplir cette mesure.

Le testeur de dureté de poche est un autre outil utilisé pour effectuer des tests similaires. Un bras d'échelle avec des marques graduées est couplé à un chariot à quatre roues dans ce gadget. Un instrument à gratter avec un bord pointu est fixé à la surface de test à un angle prédéfini. Pour l'utiliser, placez un poids de masse connu sur le bras de la balance à l'une des marques graduées, puis tirez l'outil sur la surface d'essai. Sans l'utilisation de machines coûteuses, une pression connue peut être exercée à l'aide du poids et des marques.

Dureté d'indentation

La résistance d'un échantillon à la déformation du matériau causée par une charge de compression constante d'un objet pointu est mesurée par la dureté d'indentation. Les tests de dureté par indentation sont les plus couramment utilisés dans l'ingénierie et la métallurgie. Les tests sont basés sur le principe de la détermination des dimensions critiques d'une empreinte créée par un pénétrateur spécialement dimensionné et chargé. Rockwell, Vickers, Shore et Brinell sont parmi les échelles de dureté d'indentation les plus courantes.

Dureté de rebond

La hauteur du «rebond» d'un marteau à pointe de diamant tombé d'une hauteur fixe dans un matériau est mesurée par la dureté de rebond, également appelée dureté dynamique. L'élasticité est liée à ce type de dureté. Un stéréoscope est un appareil utilisé pour prendre cette mesure.

Le test de dureté de rebond Leeb et l'échelle de dureté Bennett sont deux échelles qui quantifient la dureté de rebond.

En mesurant la fréquence d'une tige oscillante, l'approche Ultrasonic Contact Impedance (UCI) évalue la dureté. Une tige métallique avec un élément vibrant et un diamant en forme de pyramide fixé à une extrémité constitue la tige.

En résumé

La dureté des matériaux est une chose très importante à prendre en compte lors de la conception d'un projet d'ingénierie. C'est ce qui détermine la fiabilité et la fonctionnalité du projet. En d'autres termes, la dureté des matériaux est un facteur clé dans la conception technique. C'est tout pour ce bref article sur la dureté des matériaux.

J'espère que vous apprendrez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec les autres. Merci d'avoir lu, à bientôt !