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L’essai de dureté est un essai simple et relativement peu coûteux. Plus rapide et moins destructif que les essais de traction, il est considéré comme l’un des essais mécaniques les plus universellement précieux disponibles pour les ingénieurs.
Les valeurs des essais de dureté sont empiriques, et pourtant les résultats fournissent une très bonne corrélation avec la résistance du matériau sur une large gamme de matériaux. Lorsqu’une force connue est appliquée dans un essai de dureté, la quantité de déformation plastique subie par le matériau détermine la valeur de dureté.
Dans les essais de type Rockwell, des pénétrateurs chargés de différentes tailles et formes mesurent la dureté. Pour cette expérience, nous mesurerons et comparerons la dureté de l’acier non traité et de l’acier traité thermiquement à l’aide de l’essai de dureté Rockwell.
Plusieurs méthodes courantes pour mesurer la dureté des métaux incluent Brinell, Vickers, Knoop et Rockwell dureté BNC. Chacune de ces méthodes utilise un pénétrateur, soit en forme de sphère, de cône ou de pyramide de diamants.
Une indentation est faite dans la surface d’un métal et une lecture de dureté est affichée. De cette liste, l’essai de dureté Rockwell est le plus populaire pour les aciers de construction. Un testeur Rockwell manuel standard se compose d’un système de levier pour appliquer la charge et d’un affichage analogique indiquant l’indice de dureté.
Dans l’essai Rockwell typique, un point zéro est établi pour tenir compte des variations de surface en appliquant une charge préliminaire et en mesurant une profondeur de pénétration initiale. Ensuite, la charge principale est appliquée au pénétrateur. Enfin, la charge est retirée et la profondeur de pénétration finale est mesurée. Le comparateur à cadran situé sur le dessus de la machine utilise la différence entre ces deux valeurs pour afficher une valeur de dureté Rockwell. Plus le matériau est dur, moins le pénétrateur pénétrera, ce qui se traduit par une valeur de dureté Rockwell plus élevée. Ainsi, les valeurs de dureté Rockwell B et Rockwell C sont basées sur la profondeur de pénétration, et les machines d’essai sont donc souvent étalonnées à l’aide de blocs d’essai d’étalonnage pour des plages de dureté spécifiques.
Les essais de dureté Rockwell peuvent être utilisés pour évaluer comment la résistance d’un matériau est modifiée par des processus tels que le traitement thermique ou le laminage à froid. Le laminage à froid a tendance à donner des matériaux plus résistants et plus durs. Le traitement thermique peut donner des matériaux plus mous par chauffage, mais des structures plus dures par trempe.
Par exemple, dans l’essai de trempe en bout de Jominy, une éprouvette cylindrique est chauffée uniformément. Une extrémité est ensuite éteinte avec un jet d’eau. Les variations sur la longueur de l’éprouvette, de l’extrémité trempée à l’extrémité non trempée, sont visibles dans les valeurs de dureté, qui sont représentatives des modifications de la microstructure.
Dans la section suivante, nous mesurerons la dureté sur toute la longueur d’un échantillon d’essai de trempe en fin d’acier pour observer la transition de l’acier non traité à l’acier traité thermiquement à l’aide de l’essai de dureté Rockwell.
Avant de commencer, familiarisez-vous avec la machine de test. L’enclume, qui peut être levée ou abaissée par le volant du cabestan, supporte un échantillon sous le pénétrateur interchangeable.
Une charge d’essai est choisie à l’aide du sélecteur situé sur le côté de la machine et est appliquée en tournant le levier de charge de la position de déchargement à la position de chargement. Le préchargement correct et les mesures finales sont déterminés à l’aide du comparateur situé sur le dessus de la machine.
Avant d’insérer votre échantillon d’essai, vérifiez que le pénétrateur à cône diamanté Rockwell C est installé et que la charge d’essai est réglée sur 150 kilogrammes. Fixez l’échantillon dans la machine avec la surface plane contre l’enclume. Pour cette démonstration, nous utiliserons un spécimen Jominy End Quenched qui a subi un traitement de refroidissement par eau.
Déplacez le levier de charge en position de déchargement, puis soulevez l’enclume pour rapprocher l’échantillon du pénétrateur. Ajustez la position de l’échantillon de manière à ce que le pénétrateur soit à un seizième de pouce de l’extrémité. Lorsque la position est correcte, fixez à nouveau l’échantillon de manière à ce qu’il ne bouge pas pendant l’essai. Maintenant, soulevez à nouveau l’échantillon jusqu’à ce que l’aiguille sur le cadran avant commence à bouger légèrement, indiquant que le contact avec le pénétrateur est établi.
Appliquez la précharge en continuant à soulever lentement l’échantillon jusqu’à ce que l’aiguille sur le cadran ait effectué trois tours complets. Arrêtez-vous lorsque l’aiguille a terminé le troisième tour. Ajustez la bague extérieure du comparateur de manière à ce que la lecture initiale soit nulle. Déplacez ensuite le levier de charge en position de chargement pour appliquer la charge d’essai. L’aiguille se stabilisera à une nouvelle valeur au fur et à mesure que la charge est appliquée. Attendez qu’il s’arrête de bouger, puis ramenez le levier de charge en position de déchargement.
Enregistrez la dureté Rockwell C à partir du comparateur, puis abaissez l’enclume pour éloigner l’échantillon du pénétrateur. Répétez cet essai sur toute la longueur de l’échantillon. Les directives ASTM-A255 spécifient que les lectures doivent être prises à des intervalles d’un seizième de pouce pour le premier demi-pouce et à des intervalles d’un huitième de pouce pour le demi-pouce suivant.
Tracez la dureté Rockwell de l’échantillon en fonction de la position le long de l’échantillon. La dureté diminue nettement à mesure que la distance par rapport à l’extrémité trempée augmente.
L’essai de dureté Rockwell a été utilisé pour montrer qu’en raison de la vitesse de refroidissement, le changement de structure interne du matériau affectait la dureté du matériau, ce qui indiquait à son tour la résistance du matériau.
Maintenant que vous appréciez le test de dureté pour sa facilité d’utilisation, voyons comment il est appliqué pour assurer la qualité des produits du quotidien.
Les valeurs de dureté peuvent être facilement converties en valeurs de résistance à l’aide de tableaux dérivés d’équations empiriques. Comme prévu, les matériaux plus souples ont des valeurs de résistance plus faibles et les matériaux plus durs ont des valeurs de résistance plus élevées. Pour cette raison, les valeurs de dureté peuvent être utilisées à la place d’essais de traction plus coûteux pour prédire la résistance des objets que nous utilisons tous les jours.
Il suffit de regarder autour de vous lors d’un barbecue dans votre jardin pour voir de nombreux produits jugés sûrs en raison des tests de dureté. Des chaises de jardin en métal, des grilles sur le gril sur une large gamme de températures, des couteaux en acier trempé et l’échelle de piscine en métal dans des conditions aquatiques. Tous ont probablement été testés pour assurer la sécurité des consommateurs.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à l’essai de dureté Rockwell. Vous devez maintenant comprendre pourquoi les essais de dureté sont couramment utilisés, comment effectuer des essais de dureté et comment analyser les résultats obtenus.
Merci d’avoir regardé !
