G uide d achat. Les appareils de mesure de dureté. Voici un paramètre qui cache bien MESURES MÉCANIQUES

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1 G uide d achat MESURES MÉCANIQUES Les appareils de mesure de dureté Pour évaluer la qualité d un revêtement, l influence d un traitement de surface ou encore la résistance à l usure d un matériau, une solution s impose : la mesure de dureté. A l image des applications auxquelles elle est destinée, l offre en duromètres est abondante et variée. De la sonde portable à la machine intégrable en ligne et fonctionnant de manière entièrement automatique, il peut être difficile de s y retrouver Pour faire le bon choix, il faut d abord raisonner en termes de procédés de mesure, puis décliner, un par un, quelques critères relativement simples. Et surtout garder à l esprit qu en matière de dureté, chaque cas, ou presque, est un cas particulier. Voici un paramètre qui cache bien son jeu Très intuitive, très courante, presque banale, la notion de dureté est a priori ce qu il y a de plus simple à appréhender. Une pièce métallique est dure, un pneu automobile l est moins, un tuyau de caoutchouc encore moins : rien de surprenant... Mais lorsqu on s y penche de En bref De nombreuses méthodes permettent de mesurer la dureté d un matériau. Certaines sont basées sur la mesure des dimensions de l empreinte laissée par un pénétrateur, d autres sur la profondeur de pénétration, d autres encore sur le rebond d une bille à la surface du matériau. Pour choisir un appareil de mesure de dureté, il faut donc choisir avant tout la méthode d essai. Pour cela, de nombreux critères doivent être pris en compte. Parmi eux, le type de matériau, sa résistance mécanique, ou encore l épaisseur des pièces à tester plus près, l affaire est autrement plus compliquée. Pour évaluer la dureté d un matériau, chacun d entre nous aura le réflexe d exercer une pression pour sentir sa résistance ou sa déformation. On comprend dès lors la difficulté. Contrairement à la masse ou à la longueur, la dureté n est pas une grandeur primaire directement mesurable. La seule manière de la définir, c est de la caractériser comme la résistance à la pénétration d un corps plus dur. Zwick La valeur de dureté n a donc de sens que si l on précise les conditions dans lesquelles on la mesure : la force que l on exerce, le type de pénétrateur, sa forme, ou encore le temps de pénétration. Pour la définir, il faut alors raisonner en termes de procédés de mesure.a chaque méthode correspond ensuite une définition unique et bien spécifique. C est ainsi que l on a vu apparaître, depuis le début 1900, toute une ribambelle de La dureté n est pas une grandeur primaire directement mesurable.pour la définir,il faut souvent passer par la mesure de la taille de l empreinte laissée par un pénétrateur.certains appareils permettent de la visualiser et de la mesurer de manière automatique par analyse d images. 70

2 méthodes adoptant, au fil des ans, les évolutions techniques de l époque, et se développant peu à peu au gré des applications. Initialement conçus pour mesurer la dureté de matériaux métalliques, les appareils de mesure ont aujourd hui largement dépassé ce champ d applications et contrôlent désormais une large variété de matériaux, de la fonte aux plastiques les plus mous en passant par le verre, le plâtre, ou encore l asphalte. Suivant les cas, mesurer la dureté peut permettre d évaluer l efficacité du traitement thermique ou chimique d une pièce (nitruration, cémentation ), de caractériser son revêtement (peinture, vernis, etc.), d évaluer sa résistance à l usure, ou de mieux comprendre son comportement mécanique et son vieillissement (naissance et évolution d éventuelles fissures, durcissement, etc.). S il est impossible ici de faire l état de tous les procédés permettant de répondre à des applications aussi diverses, nous pouvons néanmoins distinguer les plus courants. L essai de dureté Brinell est l un des plus anciens. Il consiste à appliquer une bille d acier ou de carbure de tungstène à la surface de la pièce, et à la maintenir pendant un temps bien défini (de l ordre d une vingtaine de secondes) et une force déterminée (de 150 à N), suivant la norme NF EN ISO La mesure du diamètre de l empreinte, une fois le pénétrateur retiré, permet d accéder à la dureté Brinell (exprimée en unités HB) du matériau. L essai de dureté Vickers consiste lui aussi à mesurer la taille de l empreinte laissée par un pénétrateur, mais celui-ci est une pyramide en diamant d angle au sommet 136. Le temps de pénétration et la charge appliquée (de 50 à N) suivent la norme NF EN ISO Une fois le pénétrateur retiré, on mesure (manuellement ou à l aide d un système optique) les deux diagonales de l empreinte afin d exprimer la dureté du matériau en unités Vickers (HV). L essai Vickers peut aussi être étendu à de plus faibles charges, de 2 à 50 N (on parle alors de dureté Vickers sous charge réduite ), voire à la microdureté (en deçà de 2 N). La dureté Knoop (HK) est une variante de la dureté Vickers. Son pénétrateur (de forme pyramidale à base losange) crée une empreinte plus allongée. L essai de dureté Rockwell utilise un principe légèrement différent. Il fait bien appel à la pénétration d un indenteur, mais au lieu de mesurer les dimensions de l empreinte comme l essai Brinell ou Rockwell, il consiste à mesurer une profondeur de pénétration (norme NF EN ISO 6508). L essai se dérou- Principales méthodes d essai Bille d acier ou de carbure de 1, 2,5, 5 ou 10 mm de diamètre maintenue pendant un temps bien défini et avec une force déterminée (de 150 à N). Mesure du diamètre de l empreinte VICKERS (NF EN ISO ,2et3) d = d 1 + d 2 2 BRINELL (NF EN ISO ,2et3) Bille F Pièce Pointe pyramidale d 1 Empreinte F Même principe que l essai Brinell avec une pyramide en diamant d angle au sommet 136 appliquée pendant un temps bien défini et avec une force déterminée : de 50 à N pour un essai de dureté Vickers, de 2 à 50 N pour un essai de dureté Vickers sous charge réduite, et de 0,1 à 2 N pour un essai de microdureté. Mesure de la moyenne des deux diagonales de l empreinte. ROCKWELL (NF EN ISO ,2et3) Application d un cône en diamant d angle au sommet 120 (Rockwell C) ou d une bille d acier de 1,6 mm de diamètre (Rockwell B) pendant un temps défini et suivant une force déterminée : de 600 à N (avec 100 N de précharge) pour un essai Rockwell, et de 150 à 450 N (avec 30 N de précharge) pour un essai Rockwell superficiel. L essai consiste à appliquer une précharge, puis une force supplémentaire (surcharge), et à revenir à la précharge. Le cône ou la bille reste alors enfoncé d une profondeur e 2 supérieure à la profondeur e 1 obtenue suite à la précharge. Mesure de la profondeur rémanente du pénétrateur (e=e 2 -e 1 ) d Empreinte d 2 Bille Précharge Charge d'essai F 0 Précharge Surcharge F 0 e (enfoncement) 71

3 Les appareils de mesure de dureté Fabricant Référence Type d essais (1) Portable Autonome Caméra Microscope Capacité Observations (Représentant) et gamme de charges (masse) intégrée (grossissement) Bareiss Shore Shore Oui Oui Non Non NC Utilisable en laboratoire ou en production sur (Blet) 806 cn (230 g) matériaux plastiques et caoutchoucs. Fonctionnement manuel. Peut être utilisé avec un support de laboratoire Bareiss DigiTest Shore, DIDC Non Non* Non Non NC Fonctionnement automatique. Utilisable en (Blet) 8,3 N (15 kg) laboratoire sur plastiques et caoutchoucs Appareil universel (têtes de mesure interchangeables) HHP Barcol Dureté Barcol Oui Oui Non Non Épaisseur Fonctionnement manuel. Utilisable en cn (2 kg) min. : 0,5 mm laboratoire ou en production sur matériaux Diamètre composites et aluminium. Existe aussi min. : 20 mm pour les duretés Shore et DIDC BMEC HLM100+ HRC, HRB, HB, LD, HV, Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production, sur (Équipements HSD (700 g) Al, Zn, Fe, Cu, Sn, etc. Imprimante intégrée. Scientifiques) 12 adaptateurs sondes d impact en option. Conversion dans 6 unités différentes Elag Hard-O-Tronic HV Non Non* Oui Oui 100x100x50 mm Utilisable en laboratoire ou en production, sur (Tribotechnic (2) ) 0,2, 0,5, 1 et 2 N (50 kg) (x100) matériaux métalliques. Conception originale : mesure de dureté Vickers en continu Elcometer Clemen Dureté Clemen Non Oui Non Non Largeur : Utilisable en laboratoire ou en production Jusqu à 50 N (20 kg) 75 mm pour mesurer la résistance à la rayure de tous types de revêtements (essai normalisé) Dureté crayons Dureté Buchholz Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production De 0 à 10 N (1 kg) pour mesurer la résistance à la rayure de tous types de revêtements. Fonctionnement auto. Pendule Dureté Perzoz et / ou König Non Oui Non Non 200x110x15mm Utilisable en laboratoire pour mesurer la de Perzoz (20 kg) dureté de revêtements (peintures). Essai normalisé. Fonctionnement automatique Elcometer Duromètre Shore (A, B, C, D, DO, O Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire et en production sur (Sofranel) Shore et oo) (1 kg) matériaux tendres (caoutchouc, résines, 12,5 N (A), 50 N (D) bois, cuir, mousse, etc.) Duromètre Dureté Buchholz et Barcol Oui Oui Non Oui Illimitée Utilisable en laboratoire et en production sur Buchholz et 50 N (1 kg) (x20) revêtements, plastique dur et tendre, cuir, etc. Barcol Sofranel propose également un scléromètre Emcotest M1C HV et HK Non Non* Oui Oui Hauteur Utilisable en laboratoire sur matériaux (Testwell) (HR et HU en option) (40 kg) (x100, x150, maximale : métalliques, composites, plastiques, verre, etc. De 0,981 à 294,3 N x300, x600, 110 mm En option : analyse d images, tourelle motorisée (0,49 N en option) x1200 ou x2400) pour un pénétrateur et trois objectifs M4U HR, HV, HB Non Oui Option Oui Hauteur Utilisable en laboratoire et en production sur De 9,8 à N (200 kg) (x15, x41, x95, maximale : matériaux métalliques, composites, plastiques, ou de 49 à N x195, x370 ou 260 mm verre, etc. Affichage numérique. Statistiques x450) intégrées. Fonctionnement auto. (option) M5U HB, HV, HR Non Oui Option Oui Hauteur Utilisable en laboratoire et en production, sur De 196 à N (800 kg) (x15, x41, maximale : matériaux métalliques (fontes, aluminium ). x95 ou x195) 490 mm Affichage numérique, statistiques intégrées, fonctionnement automatique (en option) Ernst Duromètre HB Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production sur tous les métaux. (Someco) à cheville N (3,3 kg) Effectue une empreinte Brinell qu il faut ensuite mesurer avec une loupe graduée (1) HV (Vickers), HK (Knoop), HR (Rockwell), HU (Universelle), HB (Brinell), HM (Martens), HL (Leeb), etc. - (2) Propose également des appareils sur mesure (fabriqués par Qualimatest) - * couplé à un PC 72

4 Les appareils de mesure de dureté Fabricant Référence Type d essais (1) Portable Autonome Caméra Microscope Capacité Observations (Représentant) et gamme de charges (masse) intégrée (grossissement) Ernst Computest HRC, HV, HRB, HB Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production sur tous les métaux. (Someco) 49 N (2 kg) Essai à faible charge. Lecture directe. Esatest Handy HRC, HV Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production sur tous les métaux 9,81 à 98,1 N (2 kg) conducteurs. Mesure basée sur la résistance électrique. Contrôle de dureté à des endroits habituellement inaccessibles Fischer H100C Microdureté HM (Martens) Non Non* Sur Sur versions Dépend de Utilisable en laboratoire ou en production, sur Instrumentation De 4 à mn (15-80 kg versions auto. la tête de tous matériaux. Mesure de profondeur Electronique suivant auto. (x50, x200 mesure d indentation (et calcul des propriétés plastiques modèles) x500) et élastiques, du module d Young, etc.). Future-Tech FM100/300 HV, HK, HB Non Oui Non Oui Hauteur Utilisable en laboratoire sur matériaux (Testwell) FM700 De 0,09807 à 19,647 N (36 kg) (x50, x100, maximale : métalliques, composites, plastiques, verre, etc. x200, x400, 110 mm Affichage numérique. Système vidéo et x500 ou x1000) fonctionnement automatique en option FV100/300 HV, HK, HB Non Oui Non Oui Hauteur Utilisable en laboratoire sur matériaux FV700 De 2,942 à 490,3 N (55 kg) (x50, x100, maximale : métalliques, composites, plastiques, verre, etc. x200, x400, 210 mm Affichage numérique. Système vidéo et x500 ou x1000) fonctionnement automatique en option LC 200R HR Non Oui Non Non Hauteur Utilisable en laboratoire et en production sur De 147,1 à N (100 kg) maximale : matériaux métalliques et plastiques. (Précharge : 29,42 et 255 mm Fonctionnement automatique, affichage 98,07 N) numérique, serre pièce, statistiques intégrées GE Inspection TIV HV Oui Oui Oui Non Illimitée Utilisable en production. Technologies/ Jusqu à HV (1,4 kg) Interfaces RS232 et Ethernet. Krautkramer Dyna-Pocket HL Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production. Conversion en HV, Jusqu à HL (200 g) HB, HS, HRC, HRB. Gromax GMH1000 HRC, HRB, HB, HV Non Oui Non Non 200x300 mm Utilisable en laboratoire ou en production sur (Mecaprobe N (95 kg) matériaux métalliques, composites, plastiques, Engineering) etc. Fonctionnement manuel. Indentec LKV Dureté universelle pour Non Oui (ou Option Oui Hauteur : Machine d essais universelle. Utilisable en (groupe Zwick Rockwell, Vickers, Brinell : (100 kg) couplé à un (x50, x100) 250 mm laboratoire ou en production sur matériaux Roell) HV, HBS, HR PC) Profondeur : métalliques. Fonctionnement semi- De 30 à N 150 mm automatique ZHV1A/M Dureté microvickers HV Non Oui (ou Oui Non Hauteur : Utilisable en laboratoire ou en production sur De 0,1 à 10 N (30 kg) couplé à un 95 mm matériaux métalliques. Fonctionnement ou de 0,25 à 20 N PC) Profondeur : automatique ou manuel. 100 mm Mecaprobe Durlas HRC, HRB, HB, HV Non Non* Oui Oui 2000x3000 mm Fonctionnement automatique. Utilisable en N (65 kg) (x100) laboratoire ou en production sur matériaux métalliques, composites, plastiques, etc. Michilin HRC, HRB, HB, HV Non Oui Oui Option 1000x2000 mm Utilisable en laboratoire ou en production sur (Mecaprobe N (150 kg) matériaux métalliques, composites, plastiques, Engineering) etc. Fonctionnement manuel Micron France TTH2100 HLD ( N), HB (80- Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production, sur 650 N), HRC (20-68 N), (250 g) matériaux métalliques. Compact HRB ( N), HV (80- (170x68x30 mm). Sonde type D. Mémoire de 977 N), HS ( N) 510 groupes de mesure. Écran rétroéclairé. (1) HV (Vickers), HK (Knoop), HR (Rockwell), HU (Universelle), HB (Brinell), HM (Martens), HL (Leeb), etc. - * couplé à un PC 73

5 Les appareils de mesure de dureté Fabricant Référence Type d essais (1) Portable Autonome Caméra Microscope Capacité Observations (Représentant) et gamme de charges (masse) intégrée (grossissement) Micron France DEF001 LD ( N), HRC (20- Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production sur 68 N), HV ( N), HB (700g) matériaux métalliques. Sonde séparée. Lecture ( N), HRB (20-100N), instantanée. Principe électromagnétique à HSD (32,5-99,5 N) rebond. Imprimante intégrée. D8195 Rockwell A, B, C Non Non* Non Non Hauteur Utilisable en laboratoire ou en production sur 600, 1 000, N max. matériaux métalliques. Sélection automatique Précharge : 100 N 108 mm du poids pour mesure sur métaux et alliages. Application automatique des charges. Mitutoyo Whisard HR, HB Non Oui Non Non Hauteur : Utilisable en production sur matériaux 600, 1 000, N (60 kg) 205 mm métalliques. (Rockwell), 150, 300, 450 N Profondeur : Ecran tactile (Rockwell superficiel) 150 mm HH 140 HV, HB, HRB, HRC, HS Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production sur matériaux et N/mm2 (résistance à la (1,2 kg) métalliques traction) Affichage numérique 150 N Vickers HV, HK Non Oui Non Oui Hauteur : Utilisable en production sur matériaux 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, (42 kg) (x10, x20) 210 mm métalliques 500 N Profondeur : Large écran graphique tactile 170 mm Phynix Impact-D HRC, HRB, HV, HB, HS, Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production sur (Techindustries) (TH-130) HL (130 g) métaux (aciers, aluminium, cuivre et alliages). 940 HV Mémoire et statistiques intégrées. Fonctionne sur batterie rechargeable. Impact-C HRC, HRB, HV, HB, HS, Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production sur (TH-132) HL (130 g) aciers. Mémoire et statistiques intégrées. 940HV Fonctionne sur batterie rechargeable Impact-DL HRC, HRB, HV, HB, HS, Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire ou en production sur (TH-134) HL, DL (130 g) aciers. Mémoire et statistiques intégrées. 940 HV Fonctionne sur batterie rechargeable. Mesures sur surface réduite. Proceq Equotip 2 HRC, HB, HV ou HS Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en production sur matériaux (Blet) (4,6 kg) métalliques. Fonctionnement manuel. Mesure de paramètres statistiques Equotyp 2 NC NC NC Non Non Illimitée Instrument de frappe utilisé pour mesures dans les alésages. Fonctionnement manuel Equotyp 2 Jusqu à HV NC NC Non Non Illimitée Utilisable en production sur matériaux métalliques. Convient pour matériaux très durs. SADT Hartip 3000 HRC, HRB, HB, HV, HS Oui Oui Non Non Illimitée Utilisable en laboratoire et en production sur (Sofranel) (550 g) métaux (acier, fonte, aluminium et alliages, cuivre, bronze, etc.) Principe du rebond de bille Starrett 3811 Vickers, Brinell, Rockwell, Oui Oui Non Non Épaisseur Utilisable en laboratoire ou en production, Shore 11 Nmm (28,6g) minimale : sur tout matériau métallique (3 et 90 Nmm en option) 5 mm Fonctionnement manuel Struers Duramin 2 HV, HB, HK Non Oui Non Oui 120x120x60 mm Utilisable en laboratoire sur matériaux frittés, De 98,07 à 980,7 mn (55 kg) x400, x100 métaux, céramiques, composants, etc. De 1,96 à 19,61 N (x200 et x500 Application charge automatique. Conversions en option) entre échelles de dureté. Analyses statistiques (1) HV (Vickers), HK (Knoop), HR (Rockwell), HU (Universelle), HB (Brinell), HM (Martens), HL (Leeb), etc. - * couplé à un PC 74

6 le en trois étapes : l application d une précharge (à travers un cône ou une bille), puis celle d une charge supplémentaire (surcharge), puis un retour à la précharge. Le pénétrateur reste alors enfoncé d une certaine profondeur (supérieure à la profondeur obtenue sous une simple précharge). En la mesurant, on accède à la dureté Rockwell (HR) du matériau. Cet essai se décline en plusieurs variantes (échelles Rockwell A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T, etc.) suivant les conditions dans lesquelles il est effectué (type et taille du pénétrateur, précharge, force d essai, etc.). L essai de dureté Shore, normalisé plus récemment, consiste lui aussi à mesurer la profondeur de pénétration d un indenteur. Il se décline en Shore A pour les élastomères mous (caoutchouc) et D pour les élastomères plus rigides (plexyglass). Outre l utilisation de pénétrateurs, d autres procédés de mesure sont basés sur le principe du rebond d une bille sur la pièce (plus le matériau est dur, plus la hauteur de rebond est importante). Il s agit alors de mesurer la hauteur du rebond, ou le quotient de la vitesse de rebond sur la vitesse d impact (c est le procédé Equotip). On accède ainsi à la valeur de dureté HL (dureté Leeb). Citons enfin d autres procédés, moins courants que les précédents, mais néanmoins privilégiés dans certaines applications très spécifiques : la dureté IRHD (ou DIDC) pour les caoutchoucs, les duretés Buchholz, Perzoz Mitutoyo De nombreux appareils de mesure de dureté fonctionnent de manière autonome,sans l aide d un PC.Les résultats sont alors affichés sur un petit écran,parfois tactile,intégré à l appareil. ou Clemen pour les revêtements, ou encore la dureté Barcol utilisée notamment sur les revêtements et les matériaux composites. Une autre méthode, moins ponctuelle que les précédentes, consiste à générer une empreinte continue en forme de V au moyen d une roulette. On obtient ainsi une mesure continue de la dureté du matériau. Depuis des dizaines d années, la plupart de ces méthodes coexistent sans qu aucune ne prenne le pas sur l autre. Il faut dire qu elles offrent toutes des caractéristiques bien spécifiques. Leur force d essai, la nature et la forme du pénétrateur ou encore la taille de l empreinte, les rendent toujours plus appropriées à l une ou l autre des applications. Mais inutile de s imaginer que l on pourra associer un type de pièce à une méthode d essai. S il est une seule règle à retenir en matière de dureté,c est bien qu il n y a pas de règle. Le type de matériau, sa résistance mécanique, la taille et le poids des pièces, leur épaisseur, leur homogénéité, leur état de surface, le type de résultats attendu, la précision requise et bien sûr l investissement, sont autant de variables qui viendront jouer en faveur de l une ou l autre des méthodes. Au final, «la mesure de dureté est un univers atypique,d une complexité sans nom!», nous assure l un des fournisseurs. Pas de solution universelle Mais que l on se rassure, à défaut d une solution universelle, il existe tout de même quelques grandes règles permettant de s y retrouver. Les essais Brinell,Vickers et Rockwell, par exemple, sont le plus souvent employés avec des matériaux métalliques (c est-à-dire dans la majorité des applications), les essais Shore et DIDC étant réservés aux matériaux plastiques et aux caoutchoucs. Les appareils de mesure de dureté Fabricant Référence Type d essais (1) Portable Autonome Caméra Microscope Capacité Observations (Représentant) et gamme de charges (masse) intégrée (grossissement) Struers Duramin 20 HV, HB, HK Non Non* Oui Oui 120x120x60 mm Utilisable en labo et en production sur métaux, (55 kg) x400, x100 matériaux frittés, céramiques, composants (x200 et x500 Application charge et mise au point auto. en option) Conversion entre différentes échelles. Statistiques Duramin A300 HV, HB, HK, HU, HRC Non Non* Oui Oui. x400 et 140x50x80 mm Utilisable en laboratoire ou production sur De 981 mn à 294,3 N (35 kg) x200 (x100 métaux, matériaux frittés, céramiques, et x500 option) composants électroniques, etc. Webster Webster HRE Oui Oui Non Non Utilisable en production sur aluminium. (Metroutil) modèle B (440 g) Fonctionnement manuel. Lecture directe sur cadran. Conversion en HRE avec abaque. Application charge et mise au point auto. Zwick ZHU2.5/Z2.5 Dureté instrumentée HM Non Non* Option Option Hauteur : Utilisable en laboratoire ou en production sur (groupe Zwick (Martens), HR, HMR5/250, (40 kg) 200 mm tous matériaux métalliques, plastiques, Roell) HVT, HBT Profondeur : élastomères De 5 à N 100 mm (1) HV (Vickers), HK (Knoop), HR (Rockwell), HU (Universelle), HB (Brinell), HM (Martens), HL (Leeb), etc. - * couplé à un PC 75

7 L essai Brinell est couramment employé en atelier. Comme les charges appliquées sont relativement importantes (c est le seul essai permettant d aller jusqu à 3 tonnes) et qu elles génèrent des empreintes assez larges sur la pièce, l état de surface n a pas à être particulièrement soigné. Cet essai est d ailleurs utilisé pour mesurer la dureté de matériaux inhomogènes, ou de matériaux bruts tels que la fonte, les pièces coulées et laminées à chaud, les éléments de tuyauterie ou les pièces d aluminium. La méthode est en revanche peu adaptée aux essais sur de petites éprouvettes ou sur des pièces de faible épaisseur. L essai Vickers, quant à lui, est le plus fiable et le plus précis de tous. «C est aussi celui dont le champ d applications est le plus étendu, ajoute Jean- Marie Boccalini, chef produits dureté chez Testwell. On l utilise ainsi dans le domaine du traitement de surfaces, dans l automobile ou l aéronautique, par exemple,ainsi que pour le contrôle de pièces de sécurité». Souvent effectué en laboratoire, l essai Vickers peut être étendu à de très faibles charges (jusqu à 10 g). Il convient donc à des pièces de plus faibles épaisseurs qu un essai Brinell. L inconvénient, c est que l essai est alors plus délicat à mettre en œuvre. «Plus les charges appliquées sont faibles,plus l état de surface de la pièce doit être soigné», indique Marc Bellantonio, gérant de Tribotechnic. L essai de dureté Knoop est encore mieux adapté que le Vickers aux éprouvettes les plus fines ou aux revêtements. Pour une diagonale de même longueur, l empreinte est en effet nettement moins profonde (d un facteur 4). A condition bien sûr d obtenir une surface de qualité suffisante Quelques critères de choix Considérer Le type de pièce ou de revêtement à analyser (nature du matériau, résistance mécanique, épaisseur, aspect de surface, dimensions, poids ) Le poids et l encombrement de la pièce La fréquence des mesures Le type d analyse à réaliser (un contrôle rapide ou une mesure précise de la dureté) La précision requise dans l application de la charge Le résultat que l on souhaite obtenir (mesure de dureté, connaissance du comportement du matériau sous charge, module d élasticité du matériau ) L investissement Testwell Certains appareils de mesure de dureté permettent de mesurer les dimensions de l empreinte de manière automatique,à l aide d une caméra CCD et d une analyse d images.la mesure est alors indépendante de l opérateur. L essai Rockwell, quant à lui, est moins précis que le Vickers, mais il autorise des contrôles plus simples et plus rapides. Contrairement aux essais précédents, il fournit en effet la valeur de dureté juste après la pénétration, sans qu aucun dispositif de lecture optique ou manuel ne soit nécessaire. Pour choisir La méthode d essai (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Shore, etc.) et les charges à appliquer Un appareil portable ou pas Un appareil à fonctionnement manuel ou automatique Un appareil portable ou pas, avec une lecture automatique de la taille de l empreinte ou pas, avec différents pénétrateurs ou un seul Le mode d application de la charge (poids mort ou vis à bille avec cellules de force) Une méthode d essai classique (Rockwell, Brinell, Vickers ) ou un essai de dureté instrumentée (Martens) Un appareil portable ou pas, fonctionnant de manière automatique ou manuelle Autre intérêt, le résultat d un essai Rockwell est indépendant de l opérateur. Il convient pour les hautes duretés (en raison de charges d essai relativement élevées) et il nécessite moins de préparation de surface. Ces avantages font de lui un procédé relativement répandu. Ses limites se situent surtout à faibles charges (donc pour les pièces les plus fines) puisqu il ne permet pas de descendre aussi bas que le Vickers. Autre procédé,l essai Shore peut être utilisé pour la mesure de dureté d un grand nombre de matériaux non métalliques (caoutchouc, polyester, PVC, cuir, verre, plastique, etc.). «Sachant que plus un élastomère vieillit,plus il durcit,l essai Shore est couramment employé pour suivre le vieillissement de ces matériaux», précise Serge Roehri, chef produits essais matériaux chez Fisher.Il est aussi employé en Formule 1, pour distinguer les pneus tendres des pneus durs Quant à la dureté DIDC (ou IRHD), «on la préfère à la dureté Shore lorsqu on a affaire à de petites pièces (des joints toriques, de petits tuyaux, etc.)», indique Aleksander Koprivc, responsable du service commercial chez Zwick France. La méthode du rebond, enfin, est simple et rapide à utiliser. Elle est utilisée dans des appareils de mesure portables, qui affichent directement la valeur de dureté en unité HL. La méthode est moins destructive qu un essai Vickers ou Rockwell, elle ne nécessite pas de préparation spécifique de la surface, mais elle trouve vite ses limites sur des éprouvettes de faible épaisseur ou relativement légères. «Les pièces doivent être assez massives (5 ou 10 kg minimum) pour ne pas vibrer et risquer de fausser les mesures»,précise M. Roehri (Fisher). Quelques critères de choix Ceci dit,«dans la majorité des applications, les industriels savent quelle méthode utiliser, soit parce qu ils en ont l habitude depuis des années, soit parce qu elle leur a été recommandée par leur fournisseur», indique M. Boccalini (Testwell). Reste alors à distinguer, parmi la grande variété d appareils de mesure du marché, celui qui convient le mieux à l application. Pour cela, il y a quelques critères de choix relativement simples à considérer. La portabilité de l appareil. En matière de mesure de dureté,l offre comprend aussi bien des appareils de mesure portables de quelques dizaines de grammes que des stations intégrables en ligne en sortie des machines-outils, ou encore des machines d essais sur table.«suivant les cas,le coût s échelonne alors de 500 euros pour un appareil portable à près de euros pour un duromètre entièrement automatisé!», indique M. Koprivc (Zwick). Le choix de l un ou l autre des appareils 76

8 dépend bien sûr du poids et de l encombrement des pièces (les machines d essais sur table ont forcément une capacité limitée) et du type d essais à réaliser. «Les solutions portables conviennent à des inspections rapides,pour valider un matériel lors de sa réception ou contrôler un stock de pièces sur site,mais elles ne donneront pas la précision d une machine d essais», souligne M. Koprivc (Zwick). Les appareils portables emploient généralement la méthode du rebond (dureté HL), mais ils peuvent aussi intégrer de petits pénétrateurs (Shore, DIDC ou Rockwell, par exemple). Cependant, «les normes de dureté exigent que l on applique une charge spécifique, jusqu à 3 tonnes en Vickers, poursuit M. Koprivc. Avec un appareil portable, l application de telles charges ne peut jamais être aussi juste et conforme à la norme qu avec une machine sur table». Lorsqu un appareil portable donne le résultat en unité de dureté HL, il possède aussi dans la plupart des cas une fonction de conversion en unités HV, HR ou HB. Le système Hartip 3000 de Sofranel, pour ne citer qu un exemple, offre une gamme de mesure de 200 à 960 HL et convertit automatiquement le résultat en dureté Brinell, Rockwell, Vickers ou Shore suivant les besoins. Mais attention. S il existe des échelles de conversion empiriques (et valables pour des matériaux bien précis) entre les unités Rockwell, Brinell ou Vickers, il n existe aucune échelle de conversion universelle. «La comparaison des résultats entre différentes méthodes n est donc jamais qu une approximation», indique M. Koprivc (Zwick). M. Boccalini (Testwell) fait la même analyse. «Il faut se méfier des appareils censés réaliser plusieurs types d essais.dans de nombreux cas,ils n utilisent qu un pénétrateur,et ne font ensuite que convertir le résultat dans les différentes unités. Or chaque constructeur, ou presque, a ses propres tableaux de conversion». La mode de lecture de l empreinte. Dans un essai Rockwell, la valeur de dureté est donnée immédiatement après la pénétration, par la mesure de la profondeur rémanente du cône ou de la bille utilisée. Mais ce n est pas le cas dans les essais de dureté Brinell ou Vickers qui imposent de mesurer la taille de l empreinte réalisée. Pour cela, il y a plusieurs méthodes : utiliser un appareil doté d un microscope (on utilise alors des mollettes pour déplacer et superposer des traits gradués avec les diagonales de l empreinte), d une caméra CCD (permettant de mesurer automatiquement les dimensions de l empreinte par analyse d images) ou d un simple verre dépoli permettant de mesurer le diamètre à l œil nu. Les méthodes manuelles sont bien sûr moins coûteuses, mais leur résultat est très fortement influencé par l opérateur qui effectue l essai.tout dépend aussi de la fréquence des mesures. «A partir d un certain nombre de mesures,il est conseillé d utiliser des appareils dotés d une fonction de lecture automatique de l empreinte, souligne M. Bellantonio (Tribotechnic). Le résultat sera plus fiable et plus rapide». Le mode d application de la charge. La charge exercée sur le pénétrateur peut être appliquée par un jeu de poids morts associé à un système de levier, ou par la pression exercée à partir d une vis à bille et contrôlée par un capteur de force. Ces deux solutions offrent une précision comparable, mais la vis à bille est la méthode la plus souple. Elle permet en effet d appliquer des poids atypiques, différents des charges classiques exercées par les poids morts. Le résultat attendu. Dans la plupart des applications, une simple mesure de dureté suffit 77

9 à caractériser la résistance à l usure d un matériau ou l influence du traitement de surface qu il a subi. Et parfois, «la précision de la mesure n est même pas recherchée! Ce qui intéresse les industriels,c est souvent de pouvoir contrôler rapidement que leur pièce est bien en deçà ou au-delà d un certain seuil de dureté qu ils se sont préalablement fixé», indique M. Roehri (Fisher). Mais il existe aussi des cas où l on doit aller plus loin et caractériser plus finement le comportement du matériau sous charge. Pour cela, une solution s impose : la dureté instrumentée HM (Martens) (anciennement dureté universelle HU) qui permet d enregistrer en continu la force d essai, le temps et la profondeur de pénétration. Les courbes obtenues au final, qui représentent le cycle de charge et de décharge en fonction du temps ou du déplacement du pénétrateur, sont alors riches d enseignement. Elles permettent de déterminer les modules d élasticité du matériau (module d Young), de connaître la limite entre son comportement élastique et plastique ou son fluage. L autre intérêt, c est l universalité de la méthode, puisqu elle fait appel à un seul et même procédé quel que soit le matériau testé. La conception de la machine. Il est souvent difficile de faire la différence entre deux machines de dureté permettant d effectuer le même type d essais.a priori, rien ne peut les distinguer : elles ont le même pénétrateur, elles fournissent le résultat avec la même précision (puisqu elle est normalisée), elles offrent une gamme de charges semblables, etc. «Le principe est toujours plus ou moins le même, souligne M. Koprivc (Zwick). Ce qui fait la différence,ce sont des critères comme l automatisation de la machine,la mode de reconnaissance de l empreinte ou le déplacement automatique des tables XY». Pour M. Boccalini (Testwell), «il faut faire attention à la qualité de construction de la machine, aux matériaux employés,et à sa facilité d utilisation.il est toujours conseillé d essayer soi-même la machine avec une de ses pièces avant de l acheter». Et pour cause. Les dérives sont fréquentes, et les échecs encore nombreux. «Nous voyons encore souvent de petits appareils peu fiables dérivant de manière importante en l espace de quelques mois,alors que des machines de dureté de qualité peuvent durer des dizaines et des dizaines d années!, nous affirme un constructeur. Pour être sûr de ne pas se tromper,il faut faire appel à des spécialistes du domaine.ceux qui ont une base de machines installées assez conséquente,ceux qui ne se contentent pas de vendre un simple appareil de mesure mais qui proposent aussi un suivi important derrière». Des tendances assez nettes La mesure de dureté a beau être régie par des normes datant pour la plupart de 40 ou de 50 ans, elle n en demeure pas moins un domaine en constante évolution. Ces dernières années, les appareils de mesure de dureté ont gagné en miniaturisation. Ils ont aussi intégré toutes sortes de fonctions automatiques permettant de s affranchir de l influence de l opérateur, ou de lui simplifier la tâche : écrans tactiles, caméras CCD et systèmes d analyse d images, tourelles motorisées permettant de lancer des séquences automatiques en cas de changement de pénétrateur ou de position des lentilles, application de charges motorisée, etc. Les appareils deviennent aussi de plus en plus universels par l emploi de différents pénétrateurs. «Dans un même domaine d applications, les industriels ont souvent besoin de réaliser différents types d essais de dureté.pour cela,il est bien sûr plus avantageux d acheter une seule machine universelle plutôt qu un appareil par essai», indique M. Boccalini (Testwell). «Les machines intégrant à la fois des pénétrateurs Rockwell,Vickers et Brinell sont celles qui connaissent actuellement le plus de succès», confirme M. Koprivc (Zwick). Autre tendance, l essor des essais de dureté instrumentée.«s ils restent encore peu répandus à ce jour,ils sont néanmoins promis à un bel avenir, indique M. Koprivc (Zwick). Leur accroissement prévisible au cours des prochaines années permettra d obtenir un degré de comparaison plus élevé entre les valeurs de dureté les plus diverses». Reste que la mécanique est un domaine encore assez conservateur, et que les choses y évoluent lentement. «Avant d être des fournisseurs d appareils de mesure, nous devons alors jouer des rôles de pédagogues», souligne M. Koprivc. Marie-Line Zani Les principaux fournisseurs Blet Mesure Tél. : Fax : info@blet-mesure.fr Bowers Métrologie Tél. : Fax : contact@bowersmetrologie.com Elcometer Tél. : Fax : fr_info@elcometer.com Équipements scientifiques Tél. : Fax : contact@es-france.com Fischer Instrumentation Electronique Tél. : Fax : france@helmutfischer.com Fisher Bioblock Scientific Tél. : Fax : vente@bioblock.fr GE Inspection Technologies (Krautkramer) Tél. : Fax : Mecaprobe Engineering Tél. : Fax : mecaprob95@wanadoo.fr Metroutil Tél. : Fax : metroutil@wanadoo.fr Micron France Tél. : Fax : info@micronfrance.com Mitutoyo Tél. : Fax : mitutoyo@mitutoyo.fr Sodexim Tél. : Fax : info@sodexim.fr Sofranel Tél. : Fax : infosof@sofranel.com Someco Tél. : Fax : someco@someco.fr Starrett Tél. : Fax : jrguaranha@starrett.co.uk Struers Tél. : Fax : struers@struers.fr Techindustries Tél. : Fax : info@techindustries.fr Testwell Tél. : Fax : info@testwell.fr Tribotechnic Tél. : Fax : tribotech@club-internet.fr Zwick France Tél. : Fax : info@zwick.fr 78