La capacité d'un matériau métallique à résister à l'indentation de sa surface par des objets durs est appelée dureté. Selon les différentes méthodes d'essai et les domaines d'application, la dureté se divise en dureté Brinell, dureté Rockwell, dureté Vickers, dureté Shore, microdureté et dureté à haute température. Trois duretés sont couramment utilisées pour les tuyaux : la dureté Brinell, la dureté Rockwell et la dureté Vickers.
A. Dureté Brinell (HB)
Utilisez une bille d'acier ou de carbure d'un diamètre déterminé pour enfoncer une bille dans la surface de l'échantillon en appliquant la force d'essai spécifiée (F). Après le temps de maintien spécifié, relâchez la force d'essai et mesurez le diamètre de l'empreinte (L) sur la surface de l'échantillon. La dureté Brinell est le rapport entre la force d'essai et la surface de l'empreinte. Exprimée en HBS (bille d'acier), son unité est 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 elle ne convient généralement qu'aux métaux dont la dureté est inférieure à 450 N/mm² (MPa) et n'est pas adaptée aux aciers plus durs ni aux tôles minces. Parmi les normes relatives aux tubes en acier, la dureté Brinell est la plus répandue. Le diamètre d'empreinte 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 à l'aide d'une bille d'acier de 10 mm de diamètre sous la 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, tout comme l'essai de dureté Brinell, est une méthode d'essai d'indentation. La différence réside dans la mesure de la profondeur de l'empreinte. Concrètement, sous l'action successive d'une force d'essai initiale (Fo) et d'une force d'essai totale (F), l'indenteur (cône ou bille d'acier de laminoir) est enfoncé dans la surface de l'échantillon. Après un temps de maintien spécifié, la force principale est relâchée. La valeur de dureté est calculée à partir de l'incrément de profondeur d'indentation résiduelle mesuré (e). Cette valeur est un nombre anonyme, représenté par le symbole HR. Il existe neuf échelles de dureté : A, B, C, D, E, F, G, H et K. Parmi celles-ci, les échelles A, B et C sont généralement utilisées pour les essais de dureté de l'acier, soit 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 en unités de 0,002 mm. Ainsi, un déplacement axial de l’indenteur d’une unité (0,002 mm) correspond à une variation de dureté Rockwell d’une unité. Plus la valeur de 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 (indenteur à cône diamant) 20-88
Dureté Rockwell C (HRC) (indenteur à cône diamant) 20-70
HRB (indenteur à bille d'acier de diamètre 1,588 mm) 20-100
L'essai de dureté Rockwell est une méthode largement utilisée actuellement. Parmi les normes utilisées pour les tubes en acier, la dureté Rockwell (HRC) est la deuxième plus fréquente, après la dureté Brinell (HB). La dureté Rockwell permet de mesurer la dureté des métaux, des plus tendres aux plus durs. Elle pallie les limitations de la méthode Brinell : plus simple, elle permet une lecture directe de la valeur de dureté sur l'écran de l'appareil. Cependant, la faible profondeur de pénétration de l'indentation rend la mesure moins précise que celle obtenue avec la méthode Brinell.
C. Dureté Vickers (HV)
L'essai de dureté Vickers est également une méthode d'essai d'indentation. Il consiste à presser un pénétrateur en diamant pyramidal à base carrée, dont l'angle au sommet est de 136°, sur la surface à tester à l'aide d'une force d'essai (F) prédéfinie, puis à le retirer après un temps de maintien spécifié. On mesure ensuite la longueur des deux diagonales de l'empreinte.
La dureté Vickers est le quotient de la force d'essai divisée par la surface de l'empreinte. Sa formule de calcul est :
Dans la formule : HV – symbole de dureté Vickers, N/mm2 (MPa) ;
Force d’essai F, 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 valeur de dureté mesurable se situe entre 5 et 1000 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 de matériaux métalliques très minces et de couches superficielles. Elle présente les principaux avantages des méthodes Brinell et Rockwell et pallie leurs inconvénients fondamentaux, mais elle est plus complexe que la méthode Rockwell. La méthode Vickers est rarement utilisée dans les normes relatives aux tubes en acier.
Date de publication : 3 avril 2024
