La résistance et la dureté sont des propriétés matérielles différentes. La résistance est la capacité d’un matériau à résister à la déformation, tandis que la dureté est la capacité à résister à l’indentation et aux rayures de la surface. Ces propriétés ne sont pas interchangeables, mais leurs améliorations sont basées sur des procédures similaires mais pas identiques.
La haute résistance des matériaux est utile dans de nombreuses applications. Une application principale des matériaux renforcés est la construction. Afin d’avoir des bâtiments et des ponts plus solides, il faut avoir une charpente solide qui peut supporter une charge de traction ou de compression élevée et résister à la déformation plastique. Les outils sont également basés sur des matériaux à haute résistance (par exemple, l’acier à outils ou le cuivre au béryllium).
Une dureté élevée des matériaux est requise pour d’autres applications. Une application principale des matériaux durcis concerne les outils de coupe de machines (forets, tarauds, outils de tour), qui doivent être beaucoup plus durs que le matériau sur lequel ils fonctionnent pour être efficaces. Ces outils de coupe sont généralement en acier rapide. Les lames de couteau utilisent également des aciers à haute dureté pour garder un tranchant de lame. Les roulements doivent avoir une surface très dure qui résistera aux contraintes continues.
Trempe des métaux
La résistance des métaux et des alliages peut être modifiée par diverses combinaisons de travail à froid, d’alliage et de traitement thermique. Comme indiqué dans la section précédente, la capacité d’un matériau cristallin à se déformer plastiquement dépend en grande partie de la capacité de la dislocation à se déplacer dans un matériau. Par conséquent, empêcher le mouvement des dislocations entraînera le renforcement du matériau. Par exemple, une microstructure avec des grains plus fins se traduit généralement à la fois par une résistance plus élevée et une ténacité supérieure par rapport au même alliage avec des grains physiquement plus gros. En cas de taille de grain, il peut également y avoir un compromis entre les caractéristiques de résistance et de fluage. D’autres mécanismes de renforcement sont obtenus au détriment d’une ductilité et d’une ténacité inférieures. Il existe de nombreux mécanismes de renforcement, notamment:
- Renforcement de solution solide (alliage)
- Ecrouissage (travail à froid)
- Durcissement par précipitation
- Raffinement du grain
- Durcissement par transformation
Durcissement des métaux
En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et aux rayures. La dureté est probablement la propriété matérielle la plus mal définie car elle peut indiquer une résistance aux rayures, une résistance à l’abrasion, une résistance à l’indentation ou encore une résistance à la mise en forme ou à la déformation plastique localisée. La dureté est importante d’un point de vue technique car la résistance à l’usure par frottement ou érosion par la vapeur, l’huile et l’eau augmente généralement avec la dureté.
La trempe est un processus métallurgique de travail des métaux utilisé pour augmenter la dureté d’un métal. La dureté d’un métal est directement proportionnelle à la limite d’élasticité uniaxiale à l’emplacement de la déformation imposée. Pour améliorer la dureté d’un métal pur, nous pouvons utiliser différentes manières, parmi lesquelles:
- Méthode Hall-Petch
- Durcissement en solution solide (alliage)
- Ecrouissage (travail à froid)
- Durcissement par précipitation
- Trempe par transformation
- Durcissement par dispersion
- Durcissement superficiel
Dureté et résistance à la traction
Outre la corrélation entre les différents nombres de dureté, il existe également des corrélations possibles avec d’autres propriétés des matériaux. Par exemple, pour les aciers au carbone ordinaires traités thermiquement et les aciers moyennement alliés, une autre conversion pratique est celle de la dureté Brinell en résistance à la traction ultime. Dans ce cas, la résistance à la traction ultime (en psi) est approximativement égale à l’indice de dureté Brinell multiplié par 500. Généralement, une dureté élevée indiquera une résistance relativement élevée et une faible ductilité du matériau.
Dans l’industrie, les essais de dureté sur métaux sont principalement utilisés pour contrôler la qualité et l’homogénéité des métaux, notamment lors des opérations de traitement thermique. Les tests peuvent généralement être appliqués au produit fini sans dommage significatif.
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JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
Voir ci-dessus:
Travail des métaux
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