Echelles de dureté

Il existe différents types d'échelles de dureté:

1) les échelles comparatives (Mohs)
2) les échelles expérimentales (Vickers, Knoop, Brinell, Rockwell, Meyer, scléromètre de Turner...)
3) les échelles absolues (basées sur le module de compressibilité ou sur le module de cisaillement)

Echelle de dureté Mohs

L'échelle de dureté de Mohs est une échelle comparative. Elle a été définie en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs. L'échelle se base sur 10 minéraux relativement courants:

1 Talc
2 Gypse
3 Calcite
4 Fluorine
5 Apatite
6 Orthose
7 Quartz
8 Topaze
9 Corindon
10 Diamant

La position d'un matériau dans l'échelle de Mohs est déterminée en fonction de sa capacité à rayer, ou être rayé par les différents minéraux de l'échelle. Ainsi un matériau de dureté 7,5 pourra rayer le quartz (dureté 7) mais sera rayé par le topaze (dureté 8).

Convertie en dureté Vickers (ou dans une autre échelle absolue ou expérimentale) l'échelle de Mohs a une allure non-linéaire:

Essais et échelle de dureté Vickers

Le test de dureté Vickers a été développé en 1921 par Robert L. Smith and George E. Sandland chez Vickers Ltd. Les deux ingénieurs cherchaient alors une alternative au test de Brinell. L'avantage du test de Vickers c'est d'être indépendant de la taille de la pointe, de plus il est applicable à une large plage de matériaux.

La dureté Vickers repose sur une échelle expérimentale basée sur la caractérisation de l'emprunte laissée par une pointe de diamant pressée avec une certaine force sur la surface à mesurer. La géométrie de la pointe est pyramidale, avec un angle au somment de 136° entre faces. L'emprunte est carrée et on mesure généralement les deux diagonales pour en prendre la moyenne. La force et la durée de l'appui sont normalisés.

La dureté Vickers, notée Hv, est alors calculée avec la formule suivante: Hv = Fkgf/A, où Fkgf est la force appliquée exprimée en [kgf] et A la surface de la zone d'interaction entre la pointe et le matériaux exprimée en [mm2]. Concrètement on utilise la moyenne des diagonales d et on applique la formule:

Hv est la dureté Vickers en [HV]
F est la force appliquée en [N] (F = g*Fkgf)
g est l'accélération terrestre en [m/s2]
d est la moyenne des diagonales en [mm]

L'unité de dureté Vickers est notée [HV]. En unité SI il s'agit d'une pression, on peut donc convertir une dureté Vickers en [Pa]. Le coefficient de conversion est;

Hv' [Pa] = Hv [HV]*g* 10^-6
Hv''[MPa] = Hv [HV]*g

On note qu'en exprimant la force en [kgf] alors l'accélération terrestre g disparait de la formule ci-dessus. On a alors l'équivalence entre les valeurs de dureté Vickers exprimées en [HV] ou en [kgf/mm2].

On précise parfois les conditions du test en notant HVx/y où x est la force utilisée en [kgf] et y la durée d'application en [s]. Cependant la dureté Vickers calculée par la formule ci-dessus est indépendante de la force utilisée (dans une plage de force raisonnable).

On prend généralement 3*d comme distance minimale entre point d'identation ou distance jusqu'au bord, 6*d s'il s'agit d'un métal mou. Ceci afin d'éviter l'interaction entre zones d'écrouissage ou un effet de bord indésirable.





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