Essais de dureté Vickers

Essais de dureté Vickers

Figure 23.6. Présentation schématique du pénétrateur Vickers et de la forme d’une empreinte.
Figure 23.6. Présentation schématique du pénétrateur Vickers et de la forme d’une empreinte.
Les méthodes d’essais de dureté Vickers et Knoop sont définies dans les normes suivantes : ASTM E384 et ISO 6507. Il est recommandé aux opérateurs d’avoir un exemplaire actuel des normes à prendre en compte, lesquelles sont régulièrement mises à jour.

L’essai de dureté Vickers consiste à appliquer une charge en douceur, sans impact, en poussant un pénétrateur en diamant dans l’échantillon, comme le montre la Figure 23.6. Le diamant Vickers laisse une empreinte de forme pyramidale avec une base carrée et une profondeur d’environ 1/7ème de la longueur de la diagonale. Le pénétrateur est maintenu en place pendant 10 à 15 secondes avant d’être relâché complètement. Le contrôle de la qualité physique du pénétrateur et de l’exactitude de la charge appliquée (définie dans la norme E 384) est impératif pour garantir la justesse des résultats.

On mesure les deux diagonales de l’empreinte, en arrondissant en général au 0,1 μm le plus proche, et on fait la moyenne des deux valeurs. La dureté Vickers (= hardness Vickers = HV) est calculée selon la formule :
HV = 1854.4L / d2
où la charge L est exprimée en gf et la moyenne d des diagonales en μm (on obtient ainsi des unités de dureté en gf/μm2 bien que l’équivalent en kgf/mm2 soit préféré ; dans la pratique, les valeurs sont indiquées sans préciser les unités). Les tableaux, les appareils électroniques automatiques et les mesures par imagerie sont des méthodes plus courantes et plus pratiques pour obtenir les valeurs Vickers.

Depuis les années 1960, les normes ASTM E 2 et E384 ont recours au symbole HV pour représenter la dureté Vickers. On préfèrera celui-ci aux anciens symboles, DPN ou VPN, obsolètes. En appliquant rigoureusement le système international d’unités SI, on obtiendra des unités de dureté exprimées non en valeurs kgf/mm2, normalisées et compréhensibles, mais en unités GPa, vides de sens pour la plupart des ingénieurs et techniciens. ASTM recommande ici une approche métrique « douce ».
Figure 23.7 : Exemple d’une empreinte Vickers correcte (400 X).
Figure 23.7 : Exemple d’une empreinte Vickers correcte (400 X).
Figure 23.8 : Exemple d’une empreinte Vickers déformée (400 X).
Figure 23.8 : Exemple d’une empreinte Vickers déformée (400 X).
Dans l’essai de dureté Vickers, il est généralement admis que le retrait de la charge n’est pas suivi par un retour élastique – un phénomène qui n’est pourtant pas à exclure et dont l’influence est très marquée dans certains cas. En général, l’empreinte (Figure 23.7) présente une forme carrée, avec deux diagonales de longueur similaire. Comme pour l’essai Brinell, le calcul de la dureté Vickers repose sur la surface de l’empreinte plutôt que de la surface projetée. Si toutefois le retour élastique a provoqué une déformation de l’empreinte (phénomène très fréquent avec les matériaux anisotropes) (voir Figure 23.8), la valeur de dureté doit-elle se baser sur la moyenne des deux diagonales ? Il est possible de calculer la dureté Vickers à partir de la surface projetée de l’empreinte, qui peut être mesurée par l’analyse d’images. Malgré le peu d’études rigoureuses consacrées à cette question, la mesure des diagonales est cependant la méthode privilégiée actuellement, même dans le cas d’empreintes déformées.
Les essais de dureté Vickers se basent sur deux plages de force distinctes – les essais « micro-Vickers » (10 – 1000 g) et les essais « macro-Vickers » (1 – 100 kg) –, lesquelles permettent de couvrir tous les types d’essais requis. Le pénétrateur étant identique pour les deux plages, les valeurs de dureté Vickers sont continues sur toute la plage de dureté des métaux (en général 100 HV – 1000 HV). La géométrie des empreintes Vickers ne variant pas en fonction de la charge d’essai, la valeur HV reste constante – dans les limites de la précision statistique – sur une très large plage de charges d’essai tant que l’échantillon présente une homogénéité suffisante.

Essais de microdureté

Les essais de dureté par micro-indentation, plus couramment désignés par le terme (toutefois impropre) de microdureté, servent en général à étudier les variations de dureté dans des zones confinées. Bien que la plupart des utilisateurs comprennent le terme de « microdureté », celui-ci suggère – à tort – une dureté extrêmement faible. La charge appliquée et la taille de l’empreinte qui en résulte sont certes peu importantes par rapport aux essais de macrodureté, mais l’indice de dureté obtenu est identique. Le comité ASTM E-4 responsable de la métallographie recommande dès lors d’utiliser le terme « essais de dureté par micro-indentation », qui pourrait être désigné par l’acronyme MHT (microindentation hardness testing).

Les faibles charges (< 1 kg) utilisées pour les essais de microdureté sont le seul élément qui distingue ceux-ci des essais Vickers standard. Les empreintes réalisées dans le matériau sont donc plus petites, ce qui permet d’étudier des zones plus réduites du matériau.

Des spécialistes de la trempe ont longtemps eu recours à cette technique pour évaluer les résultats des traitements de trempe superficielle et pour détecter et évaluer la décarburation : ils ont ainsi mesuré la dureté via des espacements prédéfinis du bord vers le cœur de la pièce.

Les métallographes et analystes des défauts recourent à cette méthode pour de très nombreuses applications, notamment pour évaluer l’homogénéité, caractériser des assemblages soudés, pour aider à identifier les phases, ou tout simplement pour déterminer la dureté des échantillons trop petits pour les essais de macrodureté classiques.

Pour en savoir plus sur les essais de dureté Vickers et les essais métallographiques en général, veuillez consulter le Guide SumMet de Buehler.
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