Échelle de Rockwell - Rockwell scale
L' échelle Rockwell est une échelle de dureté basée sur la dureté d'indentation d'un matériau. Le test Rockwell mesurant la profondeur de pénétration d'un pénétrateur sous une charge importante (charge majeure) par rapport à la pénétration réalisée par une précharge (charge mineure). Il existe différentes échelles, désignées par une seule lettre, qui utilisent différentes charges ou pénétrateurs. Le résultat est un nombre sans dimension noté HRA, HRB, HRC, etc., où la dernière lettre est l'échelle Rockwell respective (voir ci-dessous). Lors de l'essai des métaux, la dureté par indentation est en corrélation linéaire avec la résistance à la traction .
Histoire
La mesure de la dureté différentielle en profondeur a été conçue en 1908 par le professeur viennois Paul Ludwik dans son livre Die Kegelprobe (en gros , "le test du cône"). La méthode de profondeur différentielle a soustrait les erreurs associées aux imperfections mécaniques du système, telles que le jeu et les imperfections de surface. L' essai de dureté Brinell , inventé en Suède, a été développé plus tôt - en 1900 - mais il était lent, n'était pas utile sur l' acier entièrement trempé et laissait une impression trop importante pour être considéré comme non destructif .
Hugh M. Rockwell (1890-1957) et Stanley P. Rockwell (1886-1940) du Connecticut aux États-Unis co-inventé le "testeur de dureté Rockwell," une machine à profondeur différentielle. Ils ont déposé un brevet le 15 juillet 1914. L'exigence pour ce testeur était de déterminer rapidement les effets du traitement thermique sur les bagues de roulement en acier. La demande a ensuite été approuvée le 11 février 1919 et détient le brevet américain 1 294 171 . Au moment de l'invention, Hugh et Stanley Rockwell travaillaient tous les deux pour la New Departure Manufacturing Co. de Bristol, Connecticut . New Departure était un important fabricant de roulements à billes qui, en 1916, fit partie de United Motors et, peu de temps après, de General Motors Corp.
Après avoir quitté la société du Connecticut, Stanley Rockwell, alors à Syracuse, NY, a demandé une amélioration de l'invention originale le 11 septembre 1919, qui a été approuvée le 18 novembre 1924. Le nouveau testeur détient le brevet américain 1 516 207 . Rockwell a déménagé à West Hartford, CT, et a apporté une amélioration supplémentaire en 1921. Stanley a collaboré avec le fabricant d'instruments Charles H. Wilson de la Wilson-Mauelen Company en 1920 pour commercialiser son invention et développer des machines d'essai standardisées. Stanley a lancé une entreprise de traitement thermique vers 1923, la Stanley P. Rockwell Company, qui existe toujours à Hartford, CT. Plus tard, Wilson Mechanical Instrument Company a changé de propriétaire au fil des ans et a été acquise par Instron Corp. en 1993.
Classifications des duromètres Rockwell basées sur les échelles Rockwell
Testeur de dureté Rockwell : HRA, HRB, HRC
Testeur de dureté Rockwell superficielle : 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T, 15W, 30W, 45W, 15X, 30X, 45X, 15Y, 30Y, 45Y
Duromètre Rockwell plastique : HRE, HRL, HRM
Testeur de dureté Twin Rockwell (également appelé testeur de dureté Rockwell et superficiel Rockwell): HRA, HRB, HRC, 15N, 15T, 15W, 15X, 15Y, 30N, 30T, 30W, 30X, 30Y, 45N, 45T, 45W, 45X, 45 ans
Modèles et fonctionnement
L'essai de dureté Rockwell peut être effectué sur plusieurs duromètres différents. Cependant, tous les testeurs appartiennent à l'une des trois catégories. Les duromètres de banc peuvent être trouvés dans un modèle numérique ou analogique. Les modèles de banc numériques utilisent un affichage numérique et nécessitent généralement une formation technique plus poussée pour pouvoir fonctionner, tandis que les modèles analogiques sont plus simples à utiliser ainsi que très précis et affichent les résultats sur un cadran situé à l'avant de la machine. Tous les testeurs de modèles de banc se trouvent généralement dans un atelier ou un laboratoire. D'autres testeurs sont portables, et tous les testeurs portables viendront dans un modèle numérique comprenant un écran de résultats numérique similaire à celui du modèle numérique de banc. De nos jours, les entreprises préfèrent que les employés utilisent ces testeurs portables car ils sont les plus faciles et les plus pratiques à utiliser.
Une marque populaire parmi les ingénieurs est le testeur portable Phase qui comprend également les options pour effectuer plusieurs autres types de tests de dureté, notamment Brinell, Vickers et Shore. Cela s'avère être la forme la plus efficace de test sur le pouce dans un environnement de fabrication. Cela ignore également le besoin d'un tableau de conversion puisque tout le travail est effectué dans le testeur portable Phase.
La détermination de la dureté Rockwell d'un matériau implique l'application d'une charge mineure suivie d'une charge majeure. La charge mineure établit la position zéro. La charge principale est appliquée, puis supprimée tout en maintenant la charge mineure. La profondeur de pénétration à partir du point zéro est mesurée à partir d'un cadran, sur lequel un matériau plus dur donne une mesure inférieure. C'est-à-dire que la profondeur de pénétration et la dureté sont inversement proportionnelles. Le principal avantage de la dureté Rockwell est sa capacité à afficher directement les valeurs de dureté, évitant ainsi les calculs fastidieux impliqués dans d'autres techniques de mesure de la dureté.
Le test Rockwell est très rentable car il n'utilise aucun équipement optique pour mesurer la dureté en fonction de la petite empreinte faite, mais tous les calculs sont effectués dans la machine pour mesurer l'empreinte dans l'échantillon, fournissant un résultat clair d'une manière dans lequel est facile à lire et à comprendre une fois donné. Cela empêche également toute retouche ou finition devant être effectuée sur l'échantillon avant et après l'essai. Cependant, il est essentiel de revérifier les échantillons car les plus petites empreintes faites à partir des tests pourraient potentiellement entraîner des mesures incorrectes de la dureté, conduisant à une catastrophe. Avec le temps, le pénétrateur sur une balance Rockwell peut également devenir imprécis et doit être remplacé pour garantir des mesures de dureté exactes et précises.
L'équation de la dureté Rockwell est , où d est la profondeur en mm (à partir du point de charge zéro) et N et h sont des facteurs d'échelle qui dépendent de l'échelle du test utilisé (voir la section suivante).
Il est généralement utilisé dans l' ingénierie et la métallurgie . Sa popularité commerciale découle de sa vitesse, sa fiabilité, sa robustesse, sa résolution et sa petite zone d'indentation.
Étapes de fonctionnement des duromètres Rockwell hérités :
- Chargez une force initiale : la force d'essai initiale du test de dureté Rockwell est de 10 kgf (98 N ; 22 lbf) ; la force d'essai initiale de l'essai de dureté Rockwell superficielle est de 3 kgf (29 N; 6,6 lbf).
- Charger la charge principale : référence sous formulaire / tableau 'Echelles et valeurs'.
- Laissez la charge principale pendant un "temps de maintien" suffisant pour que l'indentation s'arrête.
- Relâcher la charge ; la valeur Rockwell s'affichera généralement automatiquement sur un cadran ou un écran.
Afin d'obtenir une lecture fiable, l'épaisseur de l'éprouvette doit être au moins 10 fois supérieure à la profondeur de l'indentation. De plus, les lectures doivent être prises à partir d'une surface plane et perpendiculaire, car les surfaces convexes donnent des lectures inférieures. Un facteur de correction peut être utilisé si la dureté d'une surface convexe doit être mesurée.
Échelles et valeurs
Il existe plusieurs échelles alternatives, les plus couramment utilisées étant les échelles « B » et « C ». Les deux expriment la dureté sous la forme d'un nombre arbitraire sans dimension .
| Escalader | Abréviation § | Charge majeure * ( kgf ) | Pénétrateur | Utilisation | N | h |
|---|---|---|---|---|---|---|
| UNE | HRA | 60 | diamant sphéroconique † | Carbures cémentés , acier fin, acier de cémentation peu profond | 100 | 500 |
| B | DRH | 100 | 1 / seize in (1,59 mm) balle | Alliages de cuivre, aciers doux, alliages d'aluminium, fonte malléable | 130 | 500 |
| C | CRH | 150 | diamant sphéroconique † | Acier, fontes dures, fonte malléable perlitique , titane, acier de cémentation profonde, autres matériaux plus durs que 100 HRB | 100 | 500 |
| ré | DRH | 100 | diamant sphéroconique † | Acier fin et acier de cémentation moyenne et fonte malléable perlitique | 100 | 500 |
| E | EDH | 100 | 1 / huit in (3,18 mm) balle | Fonte, alliages d'aluminium et de magnésium, métaux de roulement, plastiques thermodurcissables | 130 | 500 |
| F | FRH | 60 | 1 / seize in (1,59 mm) balle | Alliage de cuivre recuit, tôles fines et tendres | 130 | 500 |
| g | GRH | 150 | 1 / seize in (1,59 mm) balle | Bronze phosphoreux, cuivre au béryllium, fontes malléables. | 130 | 500 |
| H | SAR | 60 | 1 / huit in (3,18 mm) balle | Aluminium, Zinc, Plomb | 130 | 500 |
| K | HRK | 150 | 1 / huit in (3,18 mm) balle | Alliage de roulement, étain, matières plastiques dures | 130 | 500 |
| L | HRL | 60 | Une / 4 in (6,35 mm) balle | Métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces. | 130 | 500 |
| M | GRH | 100 | Une / 4 in (6,35 mm) balle | Thermoplastiques, métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces | 130 | 500 |
| P | PRH | 150 | Une / 4 in (6,35 mm) balle | Métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces | 130 | 500 |
| R | HRR | 60 | 1 / 2 in (12,70 mm) balle | Thermoplastiques, métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces | 130 | 500 |
| S | HRS | 100 | 1 / 2 in (12,70 mm) balle | Métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces | 130 | 500 |
| V | VRC | 150 | 1 / 2 in (12,70 mm) balle | Métaux porteurs et autres matériaux très mous ou minces | 130 | 500 |
| 15T, 30T, 45T | 15, 30, 45 | 1 / seize in (1,59 mm) balle | Superficiel : pour les revêtements souples | 100 | 1000 | |
| 15N, 30N, 45N | 15, 30, 45 | diamant sphéroconique † | Superficiel : pour les matériaux cémentés | 100 | 1000 | |
| * Sauf pour les échelles superficielles où elle est de 3 kgf, la charge mineure est de 10 kgf. | ||||||
| † Également appelé pénétrateur Brale , est fabriqué avec un diamant conique de 120 ° ± 0,35 ° angle inclus et un rayon de la pointe de 0,200 ± 0,010 mm. | ||||||
| § Le nombre Rockwell précède les abréviations des échelles (par exemple, 60 HRC), sauf pour les "échelles superficielles" où elles suivent les abréviations, séparées par un '-' (par exemple, 30N-25). | ||||||
- À l'exception des essais de matériaux minces conformément à A623, les billes du pénétrateur en acier ont été remplacées par des billes en carbure de tungstène de diamètres variables. Lorsqu'un pénétrateur à bille est utilisé, la lettre "W" est utilisée pour indiquer qu'une bille de carbure de tungstène a été utilisée, et la lettre "S" indique l'utilisation d'une bille d'acier. Ex : 70 HRBW indique que la lecture était de 70 dans l'échelle Rockwell B en utilisant un pénétrateur en carbure de tungstène.
Les balances Rockwell superficielles utilisent des charges plus faibles et des empreintes moins profondes sur des matériaux cassants et très minces. L'échelle 45N utilise une charge de 45 kgf sur un pénétrateur Brale en forme de cône en diamant et peut être utilisée sur des céramiques denses . L'échelle 15T utilise une charge de 15 kgf sur une bille en acier trempé de 1 ⁄ 16 pouces (1,588 mm) de diamètre et peut être utilisée sur de la tôle .
Les échelles B et C se chevauchent, de sorte que les lectures inférieures à HRC 20 et celles supérieures à HRB 100, généralement considérées comme non fiables, n'ont pas besoin d'être prises ou spécifiées.
Les valeurs typiques
- Acier très dur (par exemple, burins, lames de couteaux de qualité ) : HRC 55-66 (aciers à haute vitesse trempés au carbone et à outils tels que M2, W2, O1, CPM-M4 et D2, ainsi que de nombreux aciers inoxydables de métallurgie des poudres plus récents comme le CPM-S30V, le CPM-154, le ZDP-189. Il existe des alliages qui détiennent un HRC supérieur à 68-70, comme le HAP72 développé par Hitachi. Ceux-ci sont extrêmement durs, mais aussi un peu cassants.)
- Axes : environ HRC 45–55
- Laiton : HRB 55 (Laiton à faible teneur, UNS C24000, trempe H01) à HRB 93 (Laiton à cartouche, UNS C26000 (laiton 260), trempe H10)
Plusieurs autres échelles, y compris la vaste échelle A, sont utilisées pour des applications spécialisées. Il existe des échelles spéciales pour mesurer les éprouvettes cémentées .
Normes
- Internationale ( ISO )
- ISO 6508-1 : Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 1 : Méthode d'essai (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
- ISO 6508-2 : Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 2 : Vérification et étalonnage des machines d'essai et des pénétrateurs
- ISO 6508-3 : Matériaux métalliques — Essai de dureté Rockwell — Partie 3 : Étalonnage des blocs de référence
- ISO 2039-2 : Plastiques — Détermination de la dureté — Partie 2 : Dureté Rockwell
- Norme américaine ( ASTM International )
- ASTM E18 : Méthodes standard pour la dureté Rockwell et la dureté superficielle Rockwell des matériaux métalliques