Essais de dureté Brinell (HB) pour des échantillons plus gros et grossiers

Essais de dureté Brinell

L’essai de dureté Brinell est utilisé pour les grands échantillons à structure granulaire grossière ou non homogène. Cette page décrit les essais de dureté Brinell en détail et vous donne des informations d’application pratiques.

L’essai de dureté Brinell en bref :

• Pour les essais de dureté de grands échantillons
• Lecture optique requise
• Normes : ASTM E10, ISO 6506, JIS Z 2243.

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À propos de l’essai de dureté Brinell

L’essai de dureté Brinell a été développé à la fin du XIXe siècle par l’ingénieur suédois qui lui donna son nom. Il cherchait à mettre au point une méthode de contrôle de la qualité/dureté de l’acier. Sa méthode consistait à enfoncer une bille de roulement dans le matériau, puis de mesurer la taille de l’empreinte laissée. La méthode s’est avérée fiable et en 1900, l’essai de dureté Brinell fut officiellement validé.

Aujourd’hui, l’essai Brinell est pratiqué à l’aide d’une machine d’essai de dureté Brinell. L’instrument applique une force déterminée sur une bille de carbure de tungstène pour créer une empreinte dans l’échantillon, puis mesure optiquement le diamètre de cette empreinte afin de déterminer la dureté Brinell (HBW).

• Tailles de pénétrateurs : 1, 2,5, 5 et 10 mm
• Charges : de 1 kgf à 3000 kgf
• Dureté maximale : 650 HBW.

Un essai de dureté adapté aux échantillons de grande taille

L’essai de dureté Brinell (HBW) laissant une empreinte relativement importante, il convient particulièrement aux échantillons de grande taille présentant une structure granulaire grossière ou non homogène, tels que les pièces moulées et forgées.



Bon à savoir

HBW signifie « Hardness Brinell Wolfram carbide » (dureté Brinell mesurée à l’aide d’une bille de carbure de tungstène). Wolfram carbide (= carbure de tungstène) souligne que la norme la plus récente pour l’essai Brinell exige une bille de carbure de tungstène, tandis qu’auparavant une bille d’acier (moins dure) était utilisée (HBS). Les valeurs seront différentes pour les duretés plus élevées.

Calcul de la dureté Brinell​

La dureté Brinell est calculée à partir de la mesure optique du diamètre de l’empreinte laissée par une bille en carbure de tungstène. La dimension de l’empreinte mesurée est ensuite convertie en une valeur de dureté à l’aide d’une formule normalisée ou d’un tableau de référence. Les machines d’essai de dureté modernes calculent et affichent automatiquement la valeur de dureté Knoop (HK) grâce à leur logiciel intégré.

HBW = constante × force d’essai/aire de la surface théorique de l’empreinte

HBW = 0,102 × 2F / (π D² (1−√(1−(d² / D²)))​

HBW : dureté Brinell avec bille en carbure de tungstène (wolfram)_

F : Charge d’essai (kgf)_

D : longueur de la grande diagonale (mm)_

d : diamètre moyen de l’empreinte

Charges Brinell

• Temps de pénétration : 10-15 secondes
• Épaisseur de l’échantillon ASTM : Au moins 10 fois la profondeur de pénétration
• Épaisseur de l’échantillon ISO : Au moins 8 fois la profondeur de pénétration.

Téléchargez notre note d’application sur les essais de dureté

Comment mesurer la dureté Brinell en 6 étapes​

En utilisant une machine d’essai de dureté DuraVersa-100 :

1. Placez votre échantillon sur la platine ou l’enclume.
2. Appuyez sur le bouton de mise au point automatique ou utilisez la molette pour effectuer la mise au point.
3. Sélectionnez la charge d’essai souhaitée.
4. Choisissez un objectif de mesure.
5. Démarrez l’essai.

Espacement des empreintes​

L’essai de dureté Brinell provoque non seulement une déformation visible, mais modifie également la structure du matériau autour de l’empreinte. Pour éviter que les empreintes adjacentes n’influencent les résultats et garantir la fiabilité des mesures, les normes imposent des distances minimales entre les empreintes.

Distance par rapport au bord :≥ 2,5 × le diamètre moyen de l’empreinte, mesurée entre le centre de l’empreinte et le bord le plus proche de l’échantillon.

Distance entre les empreintes :≥ 3 × le diamètre moyen de l’empreinte, mesurée entre les centres de deux empreintes adjacentes.​

Diamètre de l’empreinte​

Le diamètre de l’empreinte doit être mesuré dans deux directions perpendiculaires, puis la moyenne des deux mesures est utilisée pour calculer la dureté. Pour les surfaces rectifiées, il est recommandé d’effectuer les mesures à environ 45° par rapport au sens de rectification.

Les systèmes de mesure automatiques (par caméra) peuvent utiliser d’autres méthodes de calcul de la moyenne.

Préparer un essai de dureté Brinell​

Échantillon_

La surface d’essai doit être lisse, plane et exempte de calamine, de contaminants et de lubrifiants. Les normes applicables précisent que le fini de surface doit permettre de mesurer avec précision le diamètre de l’empreinte, ce qui implique que les contours de celle-ci soient clairement visibles.

Lors de l’utilisation de billes de petit diamètre (1 mm et 2,5 mm), un prépolissage fin ou un polissage peut être nécessaire pour obtenir un fini de surface adapté. Lors de la préparation, il convient d’éviter tout échauffement susceptible de modifier la microstructure de l’échantillon et d’influencer le résultat de l’essai de dureté.

Équipement_

Pour garantir des résultats de mesure de dureté fiables et traçables, la machine d’essai de dureté Brinell doit faire l’objet d’une vérification directe et d’un calibrage annuels par un laboratoire de calibrage accrédité. Entre deux calibrages directs, il est recommandé aux opérateurs d’effectuer régulièrement des vérifications indirectes à l’aide d’étalons de dureté certifiés dont les valeurs de dureté Brinell sont connues.​

Environnement_

Grâce aux forces d’essai relativement élevées et à la grande taille des empreintes, la méthode Brinell est particulièrement robuste et convient aussi bien aux laboratoires qu’aux ateliers. Toutefois, la valeur de dureté étant déterminée par une mesure optique de l’empreinte, il est recommandé de travailler dans un environnement relativement propre et exempt de poussière afin de garantir un fonctionnement fiable et de limiter les besoins en maintenance et en entretien. Pour obtenir des résultats précis et reproductibles, la machine d’essai de dureté doit être installée sur un établi ou une table stable et rigide. Les vibrations provenant des machines à proximité, du passage de personnes ou d’autres sources externes doivent être réduites au minimum, voire éliminées dans la mesure du possible.

Les normes ISO et ASTM prescrivent une température de fonctionnement comprise entre 10 °C et 35 °C.​

Opérateur_

L’opérateur doit veiller à ce que l’échantillon soit correctement positionné et reste stable pendant toute la durée de l’essai. Pour éviter les erreurs de mesure dues à la déformation du matériau, les empreintes doivent être suffisamment espacées les unes des autres et éloignées des bords de l’échantillon.

Pour les applications spécifiques, consultez toujours la norme applicable aux essais de dureté Brinell afin de vérifier les distances à respecter entre les empreintes et les conditions d’essai requises.

Méthodes Brinell et applications

Il existe diverses méthodes courantes d’essais de dureté Brinell avec les matériaux et gammes de dureté correspondants. La plupart des méthodes d’essai peuvent être effectuées sur toutes les machines d’essai Brinell.

Les méthodes Brinell sont généralement réparties en quatre sous-groupes (HB30, HB10, HB5, HB2.5), chacun étant adapté à différents groupes de matériaux.

• Chaque sous-groupe présente le même rapport force/diamètre (F/D2).
• La dureté Brinell mesurée peut seulement être comparée au sein de chaque sous-groupe.

*Les matériaux indiqués dans le tableau sont donnés uniquement à titre d’exemple.

Explication

• HBW 2,5/187,5 : Bille au carbure de tungstène Brinell de 2,5 mm et charge de 187,5 kgf.
• HBW 5/750 : Bille au carbure de tungstène Brinell de 5 mm et charge de 750 kgf.

Méthode privilégiée pour les pièces moulées​

L’essai de dureté Brinell est particulièrement adapté aux pièces moulées grâce à la robustesse de l’équipement, à la résistance des billes et à la taille importante des empreintes obtenues, qui facilite leur mesure.

L’empreinte Brinell pouvant atteindre 6,0 mm de diamètre, la dureté mesurée correspond à une valeur moyenne représentative de la microstructure souvent hétérogène des matériaux moulés, ce qui permet d’obtenir des résultats plus représentatifs et reproductibles. Les empreintes de grande taille sont également plus faciles à mesurer, ce qui réduit l’incertitude de mesure.

Une charge d’essai de 3 000 kgf, associée à un pénétrateur à bille de 10 mm de diamètre, est fréquemment utilisée pour les fontes. En utilisant des forces d’essai plus faibles, la méthode Brinell convient également aux pièces moulées dans des matériaux plus tendres, comme l’aluminium et le laiton.

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La méthode Brinell est particulièrement adaptée à l’évaluation des matériaux à structure granulaire grossière ou hétérogène, ainsi que des matériaux moulés, pour lesquels une empreinte de grande taille permet d’obtenir une mesure plus représentative de la dureté. Grâce à la robustesse de son principe de mesure, elle convient particulièrement aux pièces moulées, aux pièces forgées et aux autres composants présentant une microstructure non homogène.

Que ce soit pour réaliser des essais de dureté fiables en laboratoire ou assurer un contrôle qualité rigoureux en production, notre gamme de machines d’essai de dureté Brinell garantit des résultats précis, reproductibles et traçables. Associées à un logiciel intuitif, à des étalons de dureté certifiés, à des services de calibrage et à une large gamme d’accessoires, nos solutions permettent d’optimiser les processus de travail et de garantir des mesures de dureté cohérentes dans de nombreuses applications.

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Essais de dureté Brinell (HB) pour des échantillons plus gros et grossiers

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