La dureté d'un matériau est la résistance qu'il oppose à la pénétration d'un autre corps plus dur que lui. Cette notion intuitive de dureté est bien connue mais sa transformation en une grandeur mesurable est plus délicate.
a- Principe de la mesure et définition de l'échelle Vickers
Différentes échelles de dureté sont employées, en fonction de la méthode de mesure utilisée. Ces essais de dureté reposent tous sur le même principe : ils consistent à appliquer sur la surface de l'échantillon une force constante pendant un temps t fixé à l'aide d'un poinçon très dur appelé pénétrateur. La forme de ce pénétrateur diffère selon le type de mesure : il s'agit par exemple d'une bille en acier pour l'essai Brinell.
Dans la méthode Vickers, que nous avons employée, le pénétrateur est une pyramide en diamant à base carrée dont l'angle au sommet entre deux faces triangulaires vaut 136°. La dureté Vickers (Vickers Hardness) est alors définie par le rapport :
avec m la charge appliquée (en kg) par le pénétrateur et S la surface latérale (en mm²) de l'empreinte pyramidale.
La surface latérale de l'empreinte
étant S = 4.L.a/2 avec L = a/(2.sin68°) et a = d/
,on a alors S = d²/(2.sin68°)
soit : Hv = 1,8544.m/d² avec m en kg et
d en mm.
Il est intéressant de connaître
la profondeur de pénétration h de
la pyramide dans le matériau. Sa valeur est h = a/(2.tan68°)
= d/(2.tan68°) soit : h =
d/7.
Il suffit de mesurer la longueur d de la diagonale de la base carrée de l'empreinte pour accéder à la valeur de la dureté Vickers. En pratique, on mesure les longueurs d1 et d2 des deux diagonales et on en prend la valeur moyenne.
Les essais que nous avons réalisés avec une charge très faible (m = 300 g) sont appelés essais de microdureté. L'empreinte de quelques dizaines de micromètres de côté obtenue après une mise en charge de durée t = 10 s est mesurée à l'aide du microscope dont est équipé le microduremètre. Cet appareil permet éventuellement une étude très localisée de la surface.
b- Exemple de mesure
La valeur moyenne de nos mesures (masse m = 300 g et durée de mise en charge t = 10 s) sur un échantillon d'aluminium est d = 82,4 lm. La profondeur de pénétration de la pyramide est donc h = 11,8 lm et la dureté Vickers de l'aluminium testé : Hv = 81,9.
L'aluminium est un métal mou. A titre de comparaison, nous avons testé un acier avec une charge plus importante (m = 1 kg) et obtenu : d = 51,5 lm soit h = 7,4 lm et Hv = 699.
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