Bien choisir un duromètre

Un duromètre est un instrument de mesure qui sert à évaluer la rigidité ou la résistance d’un matériau.

Utilisé dans le cadre d’essai de dureté, le duromètre permet de déterminer la résistance d’un matériau à une déformation au moyen d’un outil plus dur, le plus souvent un cône en diamant ou une bille en acier, qui vient pénétrer la surface du matériau à tester. Le duromètre mesure alors la profondeur de pénétration de l’outil et l’empreinte laissée par ce dernier sur la surface de l’échantillon.

Différentes méthodes de tests existent. Ce guide présente différents duromètres avec leurs avantages et leurs inconvénients.

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  • Comment choisir un duromètre ?

    Pour choisir un duromètre, voici les principaux éléments à prendre en compte :

    La charge d’essai : c’est la dureté du matériau qui la détermine. Ainsi, les métaux comme l’acier ou les alliages nécessitent par exemple des charges d’essai jusqu’à 3000 kgf tandis que les métaux doux n’ont besoin que de 500 kgf. Plus la charge est élevée, plus la précision est élevée. Il est important de noter que la marque de l’empreinte ne doit pas dépasser 1/10 de l’épaisseur de l’échantillon.

    La plage de dureté : elle détermine le matériau du pénétrateur. Au-delà de 650 HB/30 de dureté, privilégiez un pénétrateur en diamant. En dessous de cette valeur, les pénétrateurs en acier ou en métal dur conviennent.

    Le niveau de précision : ce niveau dépend de la surface à mesurer (propreté, surface plane, système statique ou dynamique, etc.).

    La flexibilité du dispositif : son importance varie selon la forme et les dimensions des échantillons à tester.

    Critères de choix :

    • Charge d’essai
    • Plage de dureté
    • Niveau de précision
    • Flexibilité du dispositif
  • Quels sont les différents types de duromètres ?

    Les duromètres sont classifiés en fonction de la méthode de test qu’ils utilisent :

    • la méthode Brinell
    • la méthode Rockwell
    • la méthode Vickers
    • la méthode Knoop
    • les ultrasons
  • Pourquoi choisir un duromètre Brinell ?

    Duromètre Brinell de la marque INNOVATEST

    La méthode Brinell est la technique de mesure de la dureté des échantillons la plus couramment employée dans l’industrie. Pour marquer la surface du spécimen, cette méthode d’essai fait intervenir un pénétrateur à bille d’acier dont le diamètre diffère suivant l’échantillon à mesurer. Un microscope ou une loupe de mesure viennent compléter l’installation. 

     

    Cette méthode a de nombreux avantages :

    • Elle est d’abord la méthode à privilégier pour mesurer la dureté d’échantillons rugueux, cette manipulation étant plus difficile avec les autres méthodes.
    • Les charges d’essai appliquées sont élevées (3000 Kg).
    • De nombreuses tailles de billes et de charges sont possibles : la plage de mesure est très étendue.
    • Un duromètre Brinell peut tester tous les types de métaux.
    • Les résultats de la méthode Brinell sont plus précis et fiables que ceux obtenus par la méthode Rockwell car l’utilisation d’un pénétrateur sphérique répartit la pression de manière homogène.

     

    Par contre, la méthode a ses limites :

    • Des erreurs de mesure sont possibles puisque l’empreinte réalisée sur la surface de l’échantillon est mesurée à l’aide d’un instrument optique.
    • Même si la charge d’essai est plus élevée qu’avec d’autres méthodes de test, la surface de l’échantillon doit être bien préparée, propre et plane car les imperfections peuvent nuire à des mesures précises et fiables.
    • Les tests selon cette méthode sont donc assez longs (jusqu’à 60 secondes, sans compter le temps de préparation de l’échantillon). Cette méthode n’est donc pas idéale pour les tests de routine.
    • Cette méthode ne permet pas de tester des surfaces de forme cylindrique car elle n’est précise et fiable que sur des surfaces planes.
    • Enfin, du fait de la présence d’équipement optique, cette méthode est aussi plus chère.
  • Pourquoi choisir un duromètre Rockwell ?

    Duromètre Rockwell de la marque Tinius Olsen

    La méthode Rockwell est la plus universelle car elle utilise à la fois un cône pénétrant en diamant et une bille pénétrante en acier pour mesurer la dureté d’un matériau.

    • Le cône en diamant s’utilise uniquement sur l’acier trempé et les métaux durs. Il n’est pas recommandé en dessous de 785 N / mm² de dureté.
    • La bille en acier s’utilise avec les matériaux plus mous. Mais attention, plus le matériau est mou, plus le diamètre de la bille doit être grand et la charge totale faible.
    • Les billes avec un grand diamètre servent à tester les matériaux en plastique.

    La méthode Rockwell a également d’autres avantages :

    • C’est la seule méthode qui offre des mesures sans équipement optique, ce qui rend cette solution automatisable et plus rapide.
    • Cette méthode est moins sensible aux imperfections sur l’échantillon.
    • Elle permet de mesurer des échantillons cylindriques, sphériques ou coniques.
    • Elle est rapide car le cycle de mesure est court.

    Par contre, elle a aussi des limites :

    • Les plages de charge d’essai sont limitées.
    • Pour certains matériaux comme l’acier non traité, cette méthode seule ne suffit pas et s’accompagne d’un pénétrateur Brinell utilisant des charges d’essai plus élevées.
    • La précision de la mesure dépend du contact entre le pénétrateur et la surface de l’échantillon. En cas d’impureté sur la surface de support, une déformation peut se faire quand on applique la charge d’essai et la mesure peut être erronée.
    • Cette méthode est moins précise sur les matériaux à dureté élevée.
  • Pourquoi choisir un duromètre Vickers ?

    Duromètre Vickers de la marque MITUTOYO

    La méthode Vickers est une technique de test de microdureté. Elle est similaire à la méthode Brinell. Elle est en effet adaptée à tous les matériaux solides et métalliques et à toutes les plages de dureté de 10 gf à 100 kgf.

    La différence entre la méthode Vickers et la méthode Brinell réside dans le fait qu’elle utilise une pyramide pénétrante en diamant à base carrée avec une charge fixe. Un instrument optique mesure la marque de l’empreinte. Cette technique permet des charges d’essai légères ainsi que des charges macro allant jusqu’à 30 kg.

    Cette technique a des avantages :

    • La plage de mesure est très étendue. Cette méthode permet de tester tous les types de matériaux, qu’ils soient particulièrement tendres ou durs.
    • Le test est facile à réaliser.
    • Les calculs sont indépendants de la taille de la pyramide de diamant.
    • Le même pénétrateur permet de mesurer des matériaux de duretés différentes.
    • Cette technique est parfaite pour les tests de laboratoire.

    Mais elle a aussi des inconvénients :

    • C’est un procédé long car l’empreinte sur la surface se mesure de manière optique, avec un microscope par exemple, ce qui peut être source d’erreur.
    • Comme pour la méthode Brinell, la surface de l’échantillon doit être bien préparée.
    • Sur certains matériaux, la mesure de la marque est moins lisible en raison de la répartition irrégulière de la charge d’essai par la pyramide (la charge est plus forte sur les bords que sur les côtés).
  • Pourquoi choisir un duromètre Knoop ?

    Duromètre Knoop / Vickers de la marque AFFRI

    La méthode Knoop est une technique de test de microdureté alternative à la technique Vickers qui utilise un pénétrateur en forme de losange étroit. Cette technique permet des charges d’essai légères, de quelques grammes seulement.

    Elle est principalement utilisée pour évaluer les risques de fissure dans les matériaux fragiles comme la céramique et pour tester la dureté des couches minces d’un échantillon, notamment les revêtements.

    Elle est souvent combinée à la méthode Vickers.

  • Pourquoi choisir un duromètre à ultrasons ?

    Duromètre à ultrasons de la marque INNOVATEST

    Le duromètre à ultrasons permet de réaliser un test de dureté des matériaux non-destructif. Cette technique d’inspection utilise les ondes sonores pour évaluer la qualité des matériaux solides (métaux, béton, briques), déterminer leur épaisseur et détecter la présence de défauts internes.

    Le contrôle par ultrasons peut être effectué soit par contact soit par immersion. L’équipement composé d’une sonde est portable.

    • Le contrôle par contact permet d’inspecter des pièces volumineuses impossibles à transporter.
    • Le contrôle par immersion suppose d’immerger le matériau dans un liquide afin d’obtenir un meilleur déplacement des ondes sonores. Cette méthode permet de mieux détecter les petits défauts.
  • Faut-il choisir un duromètre portable ou de paillasse ?

    • Les duromètres de paillasse sont les testeurs de dureté classiques utilisant les méthodes Brinell, Rockwell ou Vickers. Ce sont des équipements lourds et volumineux qui nécessitent une installation au sol ou sur un banc d’essai. Leur principal avantage réside dans le fait qu’ils permettent une mesure de la dureté avec les méthodes classiques.

     

    • Les duromètres portables sont des équipements beaucoup plus petits, légers et compacts. Leur principal avantage réside dans le fait que l’utilisateur n’a pas besoin de prélever un échantillon du matériau pour effectuer le test. Ils sont donc plus pratiques dans la majorité des cas.
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