La dureté est la résistance mécanique d'un matériau (une éprouvette) à l'empreinte mécanique d'un autre corps plus dur (pénétrateur), communément définie comme la résistance d'un matériau à être pénétré par un autre.

La dureté ne peut pas être mesurée directement, mais elle est dérivée des principaux paramètres de mesure (par exemple, la force d'essai, la profondeur de pénétration, la zone d'indentation)

Selon l'objectif du test, différentes méthodes peuvent être envisagées, allant de la nano à la micro en passant par la macro.

Parmi les méthodes les plus importantes pour tester cette propriété figurent la dureté à la bille, la dureté Rockwell et la dureté Shore.

Le test de dureté Rockwell détermine la dureté après avoir autorisé la récupération élastique de l'échantillon à tester. Les tests de dureté Ball et Shore excluent tout effet de récupération élastique.

Test de dureté Shore (ISO 7619-1, ISO 868, ASTM D2240)

La dureté des polymères et élastomères élastiques selon Shore est déterminée par la méthode d'essai standard selon la norme ISO 7619-1 ou ASTM D2240. Le test de dureté Shore n'est généralement pas utilisé pour les métaux, il s'agit d'un simple test macroscopique.

Ce test mesure la profondeur à laquelle pénètre un pénétrateur, qui est soumis à une charge par l'intermédiaire d'un ressort aux caractéristiques prédéfinies. Plus la dureté du matériau à tester est élevée, plus la profondeur de pénétration est faible et plus la charge appliquée est importante.

La profondeur d'indentation est une mesure de la dureté Shore, comprenant une échelle allant de 0 Shore (2,5 millimètres de profondeur d'indentation) à 100 Shore (0 millimètre de profondeur d'indentation).

Pénétrateurs, charges et balances

En fonction de la variation des différentes formes du pénétrateur et des caractéristiques des ressorts, une série de Balances côtières différent. Les différences entre les différentes échelles résident dans la forme du pénétrateur et dans la force du ressort calibré.

Les charges d'essai atteignent 10 N (Shore A) et 50 N (Shore D), celles-ci étant les plus connues. Pour des applications spécifiques, il existe d'autres échelles, telles que Shore B, C, 0, 00, 000 et D0.

Il existe différents types de pénétrateurs en fonction du duromètre :

1. Cône tronqué ou pointu avec un angle de 35º ou 30º.

2. Avec boules sphériques 3/32 et ½ pouceFadas.

Les principales charges possibles sont les suivantes :

- 0,1 kgf, 1 kgf ou 5 kgf

Le domaine d'application va des élastomères souples (Shore A) aux thermoplastiques (Shore D).

Balances côtières et exemples d'applications :

- Shore A : caoutchouc souple, élastomères et caoutchouc naturel

- Shore B : élastomères plus durs que Shore A

- Shore C : élastomères de dureté moyenne

- Shore D : élastomères plus durs, plastiques durs et thermoplastiques

- Shore 0 : élastomères souples et tissus

- Shore 00 : mousse de caoutchouc, caoutchouc spongieux et caoutchouc microcellulaire

Description du test

Cette méthode d'essai mesure la dureté élastique des matériaux. La méthode permet de mesurer la pénétration initiale, la pénétration après une période de temps spécifiée, ou les deux. La dureté est inversement proportionnelle à la profondeur de pénétration et dépend du module d'élasticité et des propriétés viscoélastiques du matériau. La forme du pénétrateur, la force appliquée et la durée du test influencent les résultats obtenus.

Les échelles de dureté vont de 0 à 100. La charge est appliquée rapidement sans impact et la valeur de dureté est lue après un temps spécifique en fonction du plastique à tester

Applications du test

Ce test est utilisé comme méthode largement utilisée dans le domaine du contrôle qualité et peut être effectué à la fois avec un équipement portable et lors de tests de laboratoire, pour lesquels il est recommandé d'utiliser un équipement compatible.

Les contrôles de qualité et les tests de matériaux montrent que les matériaux de dureté Shore A ont une flexibilité suffisante pour absorber les chocs, mais sont également suffisamment rigides pour maintenir leur profil sous pression.

Les plastiques durs Shore D sont les plastiques semi-rigides et les caoutchoucs et plastiques les plus durs. Ils offrent une résistance bien supérieure à la flexion, ce qui en fait une option idéale pour des applications telles que la protection contre les chocs et le remplacement des métaux.

Dureté de pénétration de la balle ISO 2039-1

Lors du test de dureté à la bille (ISO 2039-1), une bille est pressée contre la surface de l'échantillon à tester sous une certaine charge. La profondeur de pénétration sous charge est l'amplitude avec laquelle la dureté est déterminée. La norme établit une sélection de charges d'essai, de sorte que la profondeur de pénétration soit limitée à une plage comprise entre 0,15 mm et 0,35 mm.

Pénétrateurs, charges et balances

La dureté de la bille a différentes échelles, 132 N, 358 N et 961 N. La méthode consiste à mesurer la dureté en appliquant une précharge constante (9,8 N) à une bille d'acier, puis à appliquer la charge d'essai.

Description du test

La profondeur totale de pénétration de la balle est mesurée, à laquelle on soustrait une reprise élastique. Après un certain temps, une fois la charge éliminée, chaque division d'échelle représente un déplacement vertical de 0,002 mm du poinçon.

Un minimum de 10 répétitions sont effectuées. La mesure est prise 30 secondes après l'application.

La méthode de dureté à la bille est très courante dans les matériaux utilisés à l'intérieur des voitures (tableaux de bord, portes,...) selon les réglementations spécifiques à chaque marque de voiture.

Test de dureté Rockwell ISO 2039-2, ASTM D 785

Contrairement au test de dureté utilisant une empreinte à bille, qui mesure la profondeur de pénétration sous charge, la méthode Rockwell mesure la profondeur de pénétration dans une précharge donnée. Ce type de test n'est pas destructif et est largement utilisé car il est généralement considéré comme plus facile à réaliser que d'autres méthodes telles que Vickers ou Brinell.

Pénétrateurs, charges et balances

Différentes échelles peuvent être utilisées en fonction de la combinaison du pénétrateur et de la charge utilisée, ce qui permet de tester presque tous les types d'alliages. Cependant, comme les charges utilisées sont généralement élevées, l'application du test de dureté Rockwell est généralement limitée aux grandes géométries.

Il existe deux types de pénétrateurs :

1. Avec billes sphériques en carbure de tungstène de 1/16, 1/8, ¼ et ½ pouceFadas.

2. Cône diamanté à sommet arrondi formant une calotte sphérique d'un rayon de 0,20 mm (pénétrateur Brale).

Ce dernier est utilisé pour tester des matériaux plus durs.

Les principales charges possibles sont les suivantes :

- 15 kgf, 30 kgf, 45 kgf, 60 kgf, 100 kgf ou 150 kgf

Le type de pénétrateur et la charge d'essai déterminent l'échelle de dureté, qui est exprimée en lettres telles que A, B, C, etc. Au total, il existe 30 échelles différentes, chacune adaptée à une application ou à un matériau spécifique, tel que l'acier, l'aluminium ou le plastique (par exemple, HRA, HRB, HR30N).

Description du test

La procédure pour effectuer le test de dureté Rockwell consiste à préparer l'échantillon, à le placer sur une surface plane et à appliquer la charge sur le pénétrateur.

Chaque fois qu'un test est effectué, deux charges sont appliquées à l'échantillon. Tout d'abord, le pénétrateur est inséré dans le matériau d'essai sous une charge préliminaire inférieure et cette profondeur est enregistrée. La charge inférieure étant toujours appliquée, une charge supplémentaire, appelée charge plus importante, est introduite, ce qui augmente la profondeur de pénétration dans l'échantillon. La charge la plus importante est ensuite supprimée et la force exercée sur l'échantillon redevient la charge la plus faible.

La différence de position du pénétrateur est mesurée avant et après l'application de la charge la plus importante. Ce qui est utilisé pour calculer la valeur de dureté Rockwell est cette déformation permanente, causée par la charge plus importante et l'augmentation de la profondeur de pénétration résultant de l'application et de la suppression de la charge la plus importante.

La finition de surface, la taille et la géométrie de l'échantillon peuvent affecter la précision du test de dureté Rockwell.

Applications du test

Ce test est couramment utilisé pour le contrôle de la qualité des produits.

Il est utilisé pour :

- Assurez-vous que les matériaux répondent aux spécifications de dureté requises pour une application spécifique.

- Déterminer l'adéquation du matériau à une application spécifique.

- Étudier les effets de différentes techniques de traitement sur les propriétés des matériaux.

Il s'agit d'un test facile à réaliser qui fournit des résultats rapides et précis. De plus, comme il n'est pas destructif, il n'endommage pas le matériau testé.