La dureté et l'aptitude à la trempe
Les méthodes de vérification de la dureté
La dureté est une valeur relative. Il n'y a pas d'essai de dureté qui réponde à toutes les conditions et le choix de la méthode d'essai dépend surtout du type d'acier et de l'état de sa surface, de ses dimensions, de sa forme et de son épaisseur. Les méthodes statiques d'essai de dureté les plus couramment utilisées sont les méthodes Brinell, Vickers et Rockwell.
Dans la méthode Brinell, une bille d'acier dur de 10 mm de diamètre est appliquée par un appareil hydraulique, sous une charge de 3000 kg pendant 30 secondes au moins, de facon à laisser une empreinte circulaire sur la surface de l'éprouvette. Le nombre de dureté Brinell exprime la charge (en kg) sur la bille, divisée par la surface de l' empreinte (en mm2). Un diagramme permet de déterminer directement la dureté correspondant au diamètre de l'empreinte.
La méthode Vickers est basée sur un même principe, mais la charge appliquée est plus faible. L'empreinte est marquée par une pyramide à base carrée en diamant. et elle est mesurée en diagonale pour plus de précision.
Dans l'appareil Rockwell, on utilise soit une bille d'acier dur, soit un cône de pénétration en diamant. et le nombre de dureté est lu directement sur un cadran. Cette méthode comporte deux stades: une empreinte peu profonde est d'abord faite sous une charge de 10 kg. Ensuite, on applique une forte charge que l'on diminue jusqu'à ce qu'elle atteigne à nouveau 10 kg. La différence de profondeur entre les deux empreintes est prise comme mesure de dureté et une augmentation de 0,002 mm correspond à une diminution de la dureté d'une unité Rockweil. Cette méthode est particulièrement précise, car ainsi l'état de surface est sans importance, la première empreinte étant la seule référence. L'échelle Rockwell « A » utilise un cône de pénétration en diamant. une petite charge de 1 0 kg et une grande charge de 60 kg ; l'échelle « B », une bille d'acier dur de 1,5 mm de diamètre, une petite charge de 10 kg et une grande charge de 100 kg. L'échelle « C », comme l'échelle « A », utilise un cône de diamant. une petite charge de 1 0 kg et une grande charge de 150 kg. Pour les aciers non trempés, on utilise habituellement l'échelle « B ».
L'aptitude à la trempe ou « trempabilité »
L'expression « trempabilité » s'applique à l'aptitude d'un acier à prendre la trempe, c'est-à-dire à la profondeur et à la répartition de la dureté produite par le refroidissement. mais elle ne se réfère pas à un degré de dureté. La « trempabilité » est représentée par la variation de la dureté d'un barreau d'acier trempé, de sa surface à son centre, en fonction de son rayon et des conditions de refroidissement.
La dureté maximale que l'on puisse obtenir d'un acier, refroidi d'une facon suffisamment rapide pour éviter le « nez» de la courbe T.T.T., dépend en grande partie de sa teneur en carbone; par contre, son aptitude à la trempe est déterminée par les éléments d'alliage. Compte tenu de ces facteurs, la vitesse de refroidissement doit donner un minimum de 90% de martensite dans les zones soumises à une charge critique. On doit atteindre une vitesse de refroidissement de 55°C par seconde (mesurée à 700°C) pour que les courbes de refroidissement des aciers au carbone évitent le « nez» de la courbe T.T.T. Pour que la structure soit homogène dans toute la pièce, il faut que la totalité de son volume refroidisse à la même vitesse. En pratique, la vitesse de refroidissement est liée à la vitesse avec laquelle la chaleur est transmise de l'intérieur de la pièce. Il est pratiquement impossible de produire un refroidissement suffisamment rapide pour obtenir la trempe à cœur d'une très forte section - sauf dans le cas des aciers alliés dont l'aptitude à la trempe est plus accentuée.