Dureté des matériaux expliquée : tout ce que vous devez savoir pour votre prochain projet

Tous les matériaux ne sont pas les mêmes. Certains sont mous, et d'autres sont très durs. Nous appelons cette caractéristique la dureté du matériau. Comprendre cela est un élément très important pour réussir dans de nombreux emplois, comme l'ingénierie ou Usinage CNC.

Cet article est pour vous si vous vous êtes déjà demandé ce qui rend un métal plus dur qu'un autre. Je vais vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur la dureté des matériaux. Nous examinerons ce qu'est la dureté des matériaux. Nous verrons également pourquoi elle est si importante et les différentes façons de la tester. Lorsque vous aurez fini de lire, vous saurez comment choisir le bon matériau pour votre travail. Vous comprendrez également les rapports d'essai que vous verrez.

Qu'est-ce que la dureté des matériaux, vraiment ?

Lorsque nous parlons de dureté des matériaux, qu'est-ce que cela signifie vraiment ? C'est une idée simple. La dureté des matériaux est la capacité d'un matériau à empêcher sa surface d'être modifiée. Pensez à essayer de gratter un morceau de bois avec votre ongle. Vous pouvez probablement le faire. Maintenant, essayez de gratter un morceau d'acier. Vous ne pouvez pas. C'est parce que l'acier a une dureté de matériau plus élevée.

Cette dureté fait référence à la résistance d'un matériau à la déformation plastique. La déformation plastique est une façon technique de parler d'une bosse, d'une rayure ou d'une coupure durable. La capacité d'un matériau à résister à ce type de dommage est sa dureté. Ce n'est pas la même chose que la résistance. Un matériau peut être résistant mais pas très dur. Par exemple, certains métaux mous peuvent supporter beaucoup de poids, mais vous pouvez les rayer facilement.

Il est très important de connaître la dureté des matériaux. Elle vous indique comment un matériau résistera aux dommages causés par l'utilisation. Les matériaux ayant une dureté plus élevée sont meilleurs pour les outils de coupe. Ils sont également bons pour les pièces qui frottent les unes contre les autres. La dureté d'un matériau est l'une des propriétés les plus importantes à connaître avant d'utiliser un matériau dans un projet.

Pourquoi la mesure de la dureté est-elle si importante pour l'usinage CNC ?

D'après mon expérience avec l'usinage CNC, connaître la dureté de votre matériau est plus qu'utile. Vous devez la connaître. L'usinage CNC signifie que vous coupez et façonnez des matériaux avec des outils très précis. Si vous essayez de couper un matériau très dur avec un outil qui n'est pas assez dur, vous aurez un gros problème. L'outil s'émoussera rapidement ou pourrait même se casser.

Connaître la dureté du matériau vous aide à faire des choix judicieux. Cela modifie la vitesse à laquelle vous faites fonctionner votre machine. Cela modifie le type d'outil de coupe que vous utilisez. Cela modifie également la durée de vie de cet outil. Par exemple, les métaux comme l'acier dur nécessitent des réglages d'usinage CNC très différents de ceux de l'aluminium plus mou. Une dureté de matériau plus élevée signifie que vous devez couper plus lentement et utiliser des outils plus résistants. Cela vous aide à éviter les erreurs qui coûtent beaucoup d'argent et les outils cassés.

Avant de commencer un travail d'usinage CNC, je vérifie toujours la dureté du matériau. Cette étape facile m'aide à planifier le travail de la bonne façon. Elle garantit que la pièce finie répond à ses exigences. Si vous travaillez dans la fabrication, la mesure de la dureté des matériaux est un élément très important du contrôle de la qualité. Il s'agit d'une simple mesure de dureté qui peut vous faire économiser beaucoup de temps et d'argent.

Quels sont les principaux types de dureté des matériaux ?

Il pourrait vous surprendre qu'il n'y ait pas qu'un seul type de dureté. Nous parlons généralement de trois groupes principaux. Comprendre ces différents types de dureté abordés dans cette partie vous aidera à comprendre les différentes méthodes d'essai de dureté.

Les trois principaux types de dureté des matériaux sont :

• Dureté à la rayure : C'est l'idée la plus ancienne de la dureté. C'est simplement la capacité d'un matériau à résister à une rayure par un autre matériau. Si le matériau A peut rayer le matériau B, alors le matériau A a une dureté à la rayure plus élevée.
• Dureté à l'indentation : C'est le type de dureté le plus courant que nous mesurons pour le travail. Elle mesure la capacité d'un matériau à résister à une bosse durable faite par une force spécifique. Nous pressons un objet dur, appelé pénétrateur, dans la pièce d'essai. La taille de la bosse nous indique la dureté à l'indentation.
• Dureté au rebond : Elle est également appelée dureté dynamique. Ce type de dureté mesure la façon dont un matériau absorbe l'énergie. Nous la mesurons en laissant tomber un objet avec une pointe dure sur la pièce d'essai. Ensuite, nous regardons jusqu'à quelle hauteur il rebondit. Un matériau plus dur fera rebondir l'objet plus haut. Il s'agit d'une mesure de la dureté élastique plutôt que de la dureté plastique.

Comment choisir la meilleure méthode d'essai de dureté ?

Il existe plusieurs méthodes d'essai de dureté parmi lesquelles choisir. Alors, comment choisir la bonne ? Votre choix est principalement basé sur le matériau d'essai avec lequel vous travaillez. Vous devez réfléchir aux caractéristiques du matériau et à la raison pour laquelle vous effectuez l'essai.

Pour les matériaux très durs, comme l'acier trempé ou la céramique, un essai de dureté Vickers ou Rockwell avec un pénétrateur en diamant est généralement le meilleur choix. Pour les matériaux mous, comme l'aluminium ou le cuivre, un essai de dureté Brinell est un meilleur choix. Vous pouvez également utiliser une échelle Rockwell qui utilise un pénétrateur à bille. L'indice de dureté Brinell est idéal pour les matériaux plus mous.

Vous devez également penser à la pièce d'essai elle-même. Est-elle grande ou petite ? Est-elle épaisse ou mince ? Un essai de dureté Brinell, par exemple, laisse une grosse bosse. Vous ne pouvez pas l'utiliser sur une pièce très mince. L'essai de dureté Vickers fait une très petite bosse. Cela signifie qu'il est bon pour les petits endroits ou les couches minces. Choisir la bonne méthode d'essai vous assure d'obtenir une valeur de dureté correcte.

Pouvez-vous expliquer le test de dureté Rockwell d'une manière simple ?

Je suggère souvent l'essai de dureté Rockwell. C'est parce qu'il est rapide, simple et très utilisé. La machine vous donne immédiatement une valeur de dureté numérique. Il n'y a donc pas de calculs difficiles à faire. C'est l'une des façons les plus populaires de déterminer la dureté.

Voici comment cela fonctionne. L'essai utilise un pénétrateur, qui peut être une bille d'acier ou un cône de diamant. Tout d'abord, une petite quantité de force est appliquée au matériau pour mettre le pénétrateur en place. Cela élimine tous les problèmes sur la surface. Ensuite, la force principale est appliquée pendant une certaine durée. Cela fait une impression sur la pièce d'essai. La force est ensuite retirée. La machine mesure la profondeur à laquelle le pénétrateur est allé de la petite force à la grande force.

Cette profondeur est transformée en un indice de dureté Rockwell. Il existe de nombreuses échelles Rockwell différentes. Par exemple, HRC est pour les aciers durs et HRB est pour les métaux plus mous. Vous choisissez l'échelle en fonction du matériau. L'essai de dureté Rockwell est une excellente méthode d'essai pour vérifier la qualité dans une usine car il est très rapide. Cet essai de dureté est très fiable.

Que devrais-je savoir sur les méthodes d'essai de dureté Brinell et Vickers ?

L'essai Rockwell n'est pas le seul essai de dureté à l'indentation. Les essais Brinell et Vickers sont également très importants. Ils sont particulièrement bons pour certains matériaux comme les métaux et la céramique. Les deux sont d'excellentes méthodes d'essai de dureté.

L'essai de dureté Brinell utilise une bille d'acier dur ou de carbure de tungstène comme pénétrateur. Une force importante est appliquée pendant environ 10 à 30 secondes. Après avoir appliqué la charge d'essai, vous mesurez la largeur de la bosse ronde laissée sur la pièce d'essai. Vous utilisez une formule pour calculer l'indice de dureté Brinell (BHN). Cet essai de dureté est bon pour les pièces fabriquées à partir de moules car la grosse bosse fait la moyenne des points rugueux sur la surface.

L'essai de dureté Vickers est un peu différent. Le pénétrateur utilisé pour cet essai est un minuscule diamant en forme de pyramide. Cette forme signifie qu'il peut être utilisé sur des matériaux très mous et très durs. Après avoir appliqué la charge d'essai, vous mesurez les deux lignes qui traversent les coins de la petite bosse carrée. L'indice de dureté Vickers (VHN) est ensuite calculé. Parce que la bosse est si petite, cet essai de dureté est parfait pour les matériaux minces. Il est également bon pour tester de petites parties d'une pièce d'essai.

Comment fonctionne la dureté au rebond (dureté dynamique) ?

Parfois, vous ne pouvez pas apporter la pièce que vous voulez tester à une machine. Peut-être que c'est un tuyau géant ou un grand cadre en acier. C'est à ce moment que l'essai de dureté au rebond, ou dureté dynamique, est utile. C'est une méthode d'essai de dureté que vous pouvez emporter avec vous.

La méthode d'essai de dureté au rebond ou dynamique la plus courante est l'essai de dureté Leeb. Un petit outil a un marteau à l'intérieur qui est poussé par un ressort sur la pièce d'essai. Le marteau a une pointe dure. L'outil mesure la vitesse du marteau lorsqu'il frappe la surface. Il mesure également la vitesse lorsqu'il rebondit. La dureté au rebond est calculée à partir de la différence de ces vitesses.

La machine vous donne une valeur de dureté Leeb. Cette valeur peut ensuite être transformée en d'autres échelles comme Rockwell ou Brinell. Ce type d'essai de dureté est idéal pour les essais sur place. Il vous permet de déterminer la dureté au rebond de très grandes choses rapidement et facilement. Cet essai de dureté est un excellent exemple de dureté au rebond au travail.

Qu'est-ce que l'échelle de dureté de Mohs et où les gens l'utilisent-ils ?

Parlons de la dureté à la rayure. L'échelle de dureté la plus ancienne et la plus célèbre pour cela est l'échelle de dureté de Mohs. Un scientifique allemand qui étudie les roches, nommé Friedrich Mohs, l'a créée en 1812. C'est une idée très simple. L'échelle classe 10 minéraux courants en fonction de leur capacité à se rayer les uns les autres.

L'essai de dureté de Mohs utilise une méthode simple d'essai de rayure. Pour trouver la dureté d'un matériau, vous essayez de rayer sa surface avec un minéral qui a une dureté connue. Par exemple, si un clou en acier (environ 4,5) peut rayer votre matériau d'essai, mais qu'une pièce de monnaie en cuivre (3,5) ne le peut pas, alors la dureté de Mohs du matériau est comprise entre 3,5 et 4,5. Ce n'est pas très exact pour l'ingénierie. Mais c'est un excellent moyen rapide de savoir ce qu'est un minéral lorsque vous êtes sur le terrain. Cette méthode d'essai est parfaite pour mesurer la dureté à la rayure.

Comment puis-je lire un tableau de dureté des matériaux ?

Un tableau de dureté des matériaux est un excellent outil que j'utilise tout le temps. Il vous permet de comparer différentes valeurs de dureté provenant de différentes échelles. Disons que votre client vous donne une règle dans un indice de dureté Vickers. Mais votre atelier n'a qu'un testeur de dureté Rockwell. Un tableau de dureté est votre réponse.

Le tableau est l'une des meilleures façons de comparer les valeurs. Il aligne les différentes échelles, comme Rockwell C, Brinell et Vickers. Cela vous permet de voir quelles valeurs sont à peu près les mêmes. Cela vous aide à choisir un matériau approprié lorsque vous examinez divers matériaux. Par exemple, vous pouvez voir qu'une valeur Rockwell C de 60 est beaucoup plus dure qu'une valeur de 20.

L'utilisation d'un tableau de dureté aide à s'assurer que tout le monde se comprend. Il relie les résultats d'un essai de dureté à un autre. C'est très important lorsque vous travaillez avec différentes règles de dureté de différents vendeurs ou clients. Il vous aide à vérifier que la dureté de votre matériau répond aux besoins du projet, quelle que soit l'échelle de dureté utilisée.

Quelles erreurs courantes dois-je éviter lors d'un essai de dureté ?

Effectuer l'essai de dureté des matériaux de la bonne façon est très important. J'ai vu quelques erreurs que les gens font souvent et qui peuvent vous donner la mauvaise valeur de dureté. Vous pouvez facilement les éviter si vous savez ce qu'il faut rechercher.

Une grosse erreur est de ne pas avoir une bonne surface sur la pièce d'essai. La surface doit être lisse, propre et plate. Une surface rugueuse ou sale vous donnera une valeur de dureté inférieure qui n'est pas correcte. Une autre erreur courante est de faire les bosses trop près les unes des autres. Elles ne doivent pas non plus être trop près du bord de la pièce d'essai. Le matériau modifié autour d'une bosse peut perturber la suivante. Il existe des règles standard pour la distance à laquelle il faut les faire, alors assurez-vous de les suivre.

Enfin, utiliser la mauvaise méthode d'essai ou la mauvaise échelle pour le matériau est une erreur classique. Vous n'utiliseriez pas un essai de dureté Brinell lourd sur des matériaux fragiles tels que la céramique ; cela les casserait simplement. Et vous n'utiliseriez pas un essai de dureté Vickers délicat sur une pièce rugueuse. Choisir le bon essai de dureté pour le travail est la première étape pour obtenir un bon résultat pour la dureté de votre matériau.

Key Takeaways to Remember

Voici un bref examen des choses les plus importantes à retenir sur la dureté des matériaux.

• Ce que c'est : La dureté des matériaux est la capacité d'un matériau à résister aux dommages durables de la surface comme les rayures et les bosses.
• Pourquoi c'est important : C'est très important pour l'usinage CNC, la fabrication d'outils et la connaissance de la façon dont un matériau s'usera avec le temps.
• Trois principaux types : Les principaux groupes de types de dureté sont la dureté à la rayure, la dureté à l'indentation et la dureté au rebond.
• Essais courants : Les essais Rockwell, Brinell et Vickers sont les essais de dureté à l'indentation les plus courants. Chacun est le meilleur pour différents types de matériaux.
• Essais en déplacement : L'essai Leeb mesure la dureté au rebond. Il est idéal pour tester de grandes pièces que vous ne pouvez pas déplacer.
• Essai de rayure simple : L'échelle de dureté de Mohs est une échelle facile de 1 à 10. Elle est utilisée pour tester la dureté à la rayure, principalement pour les minéraux.
• Soyez correct : Préparez toujours votre pièce d'essai de la bonne façon. Et choisissez la bonne méthode d'essai de dureté pour obtenir une bonne valeur de dureté.