La capacité d'un matériau métallique à résister à l'indentation de sa surface par des objets durs est appelée dureté. Selon les méthodes d'essai et le domaine d'application, la dureté peut être divisée en duretés Brinell, Rockwell, Vickers, Shore, microdureté et dureté à haute température. Trois duretés sont couramment utilisées pour les tuyaux : Brinell, Rockwell et Vickers.
A. Dureté Brinell (HB)
Utiliser une bille d'acier ou de carbure d'un diamètre donné pour enfoncer la surface de l'échantillon avec la force d'essai spécifiée (F). Après le temps de maintien spécifié, retirer la force d'essai et mesurer le diamètre d'empreinte (L) à la surface de l'échantillon. La dureté Brinell est le quotient obtenu en divisant la force d'essai par la surface de la sphère indentée. Exprimée en HBS (bille d'acier), l'unité est le N/mm² (MPa).
La formule de calcul est :
Dans la formule : F – la force d’essai appliquée à la surface de l’échantillon métallique, N ;
D–Diamètre de la bille d’acier pour l’essai, mm ;
d – diamètre moyen de l’indentation, mm.
La mesure de la dureté Brinell est plus précise et fiable, mais la HBS ne convient généralement qu'aux matériaux métalliques inférieurs à 450 N/mm² (MPa) et ne convient pas aux aciers plus durs ni aux tôles plus fines. Parmi les normes pour tubes en acier, la dureté Brinell est la plus répandue. Le diamètre d'empreinte d est souvent utilisé pour exprimer la dureté du matériau, ce qui est à la fois intuitif et pratique.
Exemple : 120HBS10/1000130 : Cela signifie que la valeur de dureté Brinell mesurée en utilisant une bille d'acier de 10 mm de diamètre sous une force d'essai de 1000 kgf (9,807 kN) pendant 30 s (secondes) est de 120 N/mm2 (MPa).
B. Dureté Rockwell (HR)
L'essai de dureté Rockwell, comme l'essai de dureté Brinell, est une méthode d'essai par indentation. La différence réside dans la mesure de la profondeur de l'indentation. Autrement dit, sous l'action séquentielle de la force d'essai initiale (Fo) et de la force d'essai totale (F), le pénétrateur (cône ou bille d'acier) est enfoncé dans la surface de l'échantillon. Après le temps de maintien spécifié, la force principale est supprimée. Pour la force d'essai, l'incrément de profondeur d'indentation résiduelle (e) mesuré permet de calculer la valeur de dureté. Cette valeur est un nombre anonyme, représenté par le symbole HR, et les neuf échelles utilisées comprennent A, B, C, D, E, F, G, H et K. Parmi elles, les échelles couramment utilisées pour les essais de dureté de l'acier sont généralement A, B et C, à savoir HRA, HRB et HRC.
La valeur de dureté est calculée à l'aide de la formule suivante :
Lors des tests avec les échelles A et C, HR = 100-e
Lors du test avec l'échelle B, HR = 130-e
Dans la formule, e – l'incrément de profondeur d'indentation résiduelle – est exprimé dans l'unité spécifiée de 0,002 mm. Autrement dit, un déplacement axial du pénétrateur d'une unité (0,002 mm) équivaut à une variation de la dureté Rockwell d'un nombre. Plus la valeur e est élevée, plus la dureté du métal est faible, et inversement.
Le champ d’application des trois échelles ci-dessus est le suivant :
HRA (pénétrant à cône diamanté) 20-88
HRC (pénétrant à cône diamanté) 20-70
HRB (pénétrant à bille d'acier de diamètre 1,588 mm) 20-100
L'essai de dureté Rockwell est une méthode largement utilisée actuellement. La dureté HRC est la deuxième méthode de mesure de dureté des tubes en acier après la dureté Brinell HB. La dureté Rockwell permet de mesurer des matériaux métalliques, de l'extrêmement tendre à l'extrêmement dur. Elle compense les inconvénients de la méthode Brinell. Plus simple que cette dernière, la valeur de dureté est lisible directement sur le cadran de l'appareil. Cependant, en raison de sa faible empreinte, la valeur de dureté n'est pas aussi précise que celle de la méthode Brinell.
C. Dureté Vickers (HV)
L'essai de dureté Vickers est également une méthode d'essai par indentation. Il consiste à enfoncer un pénétrateur en diamant pyramidal carré, dont l'angle d'ouverture est de 1 360° entre les surfaces opposées, dans la surface d'essai, sous une force d'essai (F) déterminée, puis à le retirer après le temps de maintien spécifié. Pour ce faire, mesurez la longueur des deux diagonales de l'indentation.
La dureté Vickers est le quotient de la force d'essai divisée par la surface d'empreinte. Sa formule de calcul est la suivante :
Dans la formule : HV–symbole de dureté Vickers, N/mm2 (MPa) ;
F–force d’essai, N;
d – la moyenne arithmétique des deux diagonales de l’indentation, mm.
La force d'essai F utilisée pour la dureté Vickers est de 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) et six autres niveaux. La dureté peut être mesurée dans une plage de 5 à 1 000 HV.
Exemple de méthode d'expression : 640HV30/20 signifie que la valeur de dureté Vickers mesurée avec une force d'essai de 30Hgf (294,2N) pendant 20S (secondes) est de 640N/mm2 (MPa).
La méthode de dureté Vickers permet de déterminer la dureté des matériaux métalliques très minces et des couches superficielles. Elle présente les principaux avantages des méthodes Brinell et Rockwell et pallie leurs inconvénients fondamentaux, mais elle est plus complexe. La méthode Vickers est rarement utilisée dans les normes relatives aux tubes en acier.
Date de publication : 03/04/2024