mars 30, 2020

Echelle de Rockwell : Mesure de la dureté, une caractéristique d'un matériau

La dureté est une caractéristique d'un matériau, et non une propriété physique fondamentale. Elle est définie comme la résistance à l'indentation, et elle est déterminée en mesurant la profondeur permanente de l'indentation. Plus simplement, en utilisant une force fixe (charge) et un indenteur donné, plus l'indentation est petite, plus le matériau est dur.

La valeur de la dureté à l'indentation est obtenue en mesurant la profondeur ou la surface de l'indentation à l'aide de l'une des 12 méthodes d'essai différentes. Pour en savoir plus sur les principes de base des essais de dureté, cliquez ici.

La méthode d'essai de dureté Rockwell, telle que définie dans la norme ASTM E-18, est la méthode d'essai de dureté la plus couramment utilisée. Vous devez obtenir une copie de cette norme, la lire et la comprendre entièrement avant d'essayer un test Rockwell.

Le test Rockwell est généralement plus facile à réaliser et plus précis que les autres types de méthodes d'essai de dureté. La méthode d'essai Rockwell est utilisée sur tous les métaux, sauf dans les cas où la structure du métal à tester ou les conditions de surface introduiraient trop de variations, où les empreintes seraient trop grandes pour l'application ou lorsque la taille ou la forme de l'échantillon interdit son utilisation. 



La méthode Rockwell mesure la profondeur permanente de l'indentation produite par une force/charge sur un pénétrateur. Tout d'abord, une force d'essai préliminaire (communément appelée précharge ou charge mineure) est appliquée à un échantillon à l'aide d'un pénétrateur en forme de diamant ou de bille. Cette précharge traverse la surface pour réduire les effets de l'état de surface. Après avoir maintenu la force d'essai préliminaire pendant une durée déterminée, la profondeur de base de l'empreinte est mesurée. 

Après la précharge, une charge supplémentaire, appelée charge principale, est ajoutée pour atteindre la charge d'essai totale requise. Cette force est maintenue pendant un temps prédéterminé (temps d'arrêt) pour permettre une récupération élastique. Cette charge principale est ensuite relâchée, pour revenir à la charge préliminaire.  Après avoir maintenu la force d'essai préliminaire pendant un temps d'arrêt spécifié, la profondeur finale de l'empreinte est mesurée. La valeur de la dureté Rockwell est dérivée de la différence entre les mesures de base et la profondeur finale. Cette distance est convertie en un indice de dureté. La force d'essai préliminaire est supprimée et le pénétrateur est retiré de l'échantillon d'essai.

Les charges d'essai préliminaire (précharges) vont de 3 kgf (utilisées dans l'échelle Rockwell "Superficielle") à 10 kgf (utilisées dans l'échelle Rockwell "Régulière"). Les forces d'essai totales vont de 15 kgf à 150 kgf (superficielle et régulière) à 500 à 3000 kgf (macrodureté). 


Comment calculer l'indice de Rockwell ? Illustration de la méthode d'essai 

 

  • A = Profondeur atteinte par le pénétrateur après application de la précharge (charge mineure)  
  • B = Position du pénétrateur pendant la charge totale, charges mineures et majeures  
  • C = Position finale atteinte par le pénétrateur après récupération élastique du matériau de l'échantillon  
  • D = Mesure de la distance prise représentant la différence entre la précharge et la position de la charge principale. Cette distance est utilisée pour calculer l'indice de dureté Rockwell.


Différents types d'indenteurs peuvent être utilisés : diamant conique à pointe ronde pour les métaux plus durs, ou indenteurs à bille d'un diamètre allant de 1/16" à ½" pour les matériaux plus tendres. 

Lors de la sélection d'une échelle Rockwell, un guide général consiste à choisir l'échelle qui spécifie la plus grande charge et le plus grand pénétrateur possible sans dépasser les conditions de fonctionnement définies et en tenant compte des conditions qui peuvent influencer le résultat de l'essai. Ces conditions comprennent les éprouvettes qui sont en dessous de l'épaisseur minimale pour la profondeur de l'empreinte, une empreinte d'essai qui tombe trop près du bord de l'éprouvette ou une autre empreinte, ou des essais sur des éprouvettes cylindriques.

En outre, l'axe d'essai doit être à moins de 2 degrés de la perpendiculaire pour assurer un chargement précis ; il ne doit pas y avoir de déviation de l'échantillon ou de l'appareil d'essai pendant l'application de la charge par des conditions telles que la saleté sous l'échantillon ou sur la vis de levage. Il est important de garder le fini de surface propre et la décarburation due au traitement thermique doit être éliminée. 

Pourquoi utiliser le test de Rockwell pour mesurer la dureté des couteaux ?

Le test Rockwell aide les couteliers à équilibrer les trois facteurs les plus importants qui peuvent affecter la qualité de leur produit fini : la dureté, la flexibilité et la ténacité. Le bon équilibre entre ces trois facteurs leur permet de produire un couteau qui prendra un tranchant et le conservera dans diverses conditions sans l'endommager.

Achetez un couteau de haute qualité et vous découvrirez la qualité durable et le plaisir d'utilisation que procure un couteau avec cet équilibre bien exécuté.

Beaucoup d'abréviations, mais une seule balance

Il existe plusieurs abréviations différentes qu'un coutelier peut utiliser pour se référer à la balance : HR, HRc, HR C, RC, Rc, C sur l'échelle Rockwell, échelle de dureté Rockwell C, échelle Rockwell C... Quelle que soit la façon dont on écrit sur les aciers à couteaux, ils se réfèrent tous à la même échelle (c). Cela peut prêter à confusion, mais sachez que les cotes sont les mêmes, quelle que soit la façon dont le fabricant de couteaux abrége l'échelle !

Histoire de l'échelle de Rockwell

Stanley P. Rockwell était métallurgiste dans une usine de roulements à billes en Nouvelle-Angleterre en 1919. Il a développé son échelle de dureté afin de mesurer la dureté des bagues de roulement de manière rapide, précise et répétable.

Les fabricants de tout, des ressorts de montre aux roues de train, avaient depuis longtemps besoin d'un tel test et ont rapidement appliqué l'échelle de Rockwell à toutes sortes de pièces en acier, ainsi qu'à d'autres pièces métalliques. Finalement, le test a été adapté pour tester les matériaux non métalliques - même les plastiques.

Comment mesure-t-on la dureté Rockwell ?

L'échelle Rockwell mesure la dureté relative d'un métal. Elle est basée sur la profondeur de l'empreinte résultante lorsqu'un objet lourd l'impacte. Alors, comment s'y prend-on pour tester les métaux ?

Tout d'abord, le métal doit être traité thermiquement et parfaitement plat. Sinon, les résultats des tests ne seront pas précis.

Une méthode consiste à utiliser un cône à pointe de diamant pour frapper le métal de force. Les testeurs mesurent ensuite la profondeur à laquelle le cône a pénétré à partir d'une force donnée. Enfin, cette mesure est convertie en une échelle qui montre les différents métaux testés et leurs relations entre eux.

Un des petits inconvénients de l'essai d'une lame de couteau est qu'il laisse une petite indentation à la surface de la lame, ce que certains pourraient penser être un défaut ou une défectuosité. La marque du test de Rockwell peut être dissimulée si le test est effectué dans une zone cachée par le manche.

Ajouter des chiffres à cette échelle

Le test de Rockwell se compose en fait de deux tests. Lors du premier test, seule une faible pression est appliquée, à l'aide d'une pointe de diamant sur quelque chose qui ressemble à un crayon dans une perceuse. Cela permet de s'assurer que la zone de test est complètement plane et constitue une cible pour le test de pression principal. Après cette première mesure, le test est répété exactement au même endroit. La pression est considérablement augmentée pour ce deuxième test avec environ 300 livres de pression qui s'exercent sur cette pointe de diamant.

La différence entre la quantité de pression utilisée pour le premier test et le second test est l'indice de dureté Rockwell. Deux (ou plus) tests sur la même pièce de métal produiront une moyenne pour cette pièce particulière.

Pourquoi une gamme de nombres RC ?

Parce que le test Rockwell n'est effectué que sur une petite zone du métal, il est possible qu'une zone voisine donne des valeurs légèrement différentes. En outre, le test de Rockwell ne teste que la surface du matériau. Il est possible que la dureté de l'intérieur soit différente de celle de la surface.

C'est pourquoi les fabricants indiquent généralement une série de chiffres pour leurs couteaux. Le fait de disposer d'une série de chiffres permet d'avoir une marge d'erreur dans les résultats des tests. Les résultats réels pour l'ensemble de l'objet se situeront quelque part dans cette fourchette.