HRA et HV : Comment mesurer et comparer la dureté du carbure de tungstène
Lorsque je fais une revue carbure de tungstène Lors de la définition des spécifications avec les clients, la dureté est généralement l'une des premières propriétés abordées. C'est aussi l'une des plus faciles à mal interpréter.
Un fournisseur peut décrire une nuance comme étant de 91,5 HRA. Un autre peut annoncer 1 500 HV30. Un acheteur comparant les deux valeurs peut se demander si elles représentent la même dureté, si un matériau est meilleur ou si les fournisseurs utilisent des normes de qualité différentes.
Dans de nombreux cas, les grades peuvent être très similaires. La différence réside dans le fait que les indices HRA et HV proviennent de deux essais d'indentation différents. L'indice HRA est basé sur la profondeur d'indentation sous un cycle de chargement Rockwell défini. L'indice HV est calculé à partir de la taille de l'indentation réalisée par une pyramide de diamant Vickers.
Les deux méthodes sont valables. L'erreur consiste à les traiter comme deux unités toujours convertibles avec précision.
Les valeurs HRA et HV ne sont pas comparables de la même manière que les millimètres et les pouces. Elles mesurent le même comportement général du matériau par des procédures de test différentes.
Que signifie la dureté dans Carbure de tungstène cémenté?
Le « carbure de tungstène » industriel est généralement du carbure cémenté : des grains de WC durs liés par du cobalt, du nickel ou un autre liant métallique.
La dureté est influencée par :
● granulométrie WC
● Type et pourcentage de liant
● Carbures supplémentaires ou inhibiteurs de croissance des grains
● Porosité et bilan carbone
● Qualité de frittage
● État de surface et méthode d'essai
Des grains de WC plus fins et une teneur en liant plus faible augmentent souvent la dureté. Une teneur en liant plus élevée améliore généralement la ténacité, mais réduit habituellement la dureté. Il s'agit d'une tendance générale et non d'une règle absolue, car la taille des grains, la composition chimique du liant et les additifs peuvent influencer le résultat.
La dureté doit donc être utilisée conjointement avec la densité, la résistance à la rupture transversale, la ténacité à la rupture, la coercivité, la saturation magnétique et l'inspection métallographique.
Comment la dureté HRA est-elle mesurée ?
Le test Rockwell A détermine la dureté à partir de l'augmentation permanente de la profondeur d'indentation après application d'une force préliminaire et d'une force totale définies.
Selon la norme ASTM B294-22, le carbure cémenté est testé sur l'échelle HRA en utilisant :
● Un pénétrateur en diamant
● Force d'essai préliminaire de 10 kgf
● Force d'essai totale de 60 kgf
● Une plage recommandée de 80 HRA et plus
L'appareil applique la force préliminaire, établit une position de référence, applique la force supplémentaire, puis revient à la force préliminaire. L'instrument convertit la profondeur d'indentation restante en une valeur HRA.
Avantages de l'HRA
● Mesure rapide
● lecture directe de la machine
● Idéal pour l'inspection de routine par lots
● Couramment utilisé en production Pièces en carbure et des pièces d'essai
● Aucune mesure de diagonale optique n'est requise
Limites de l'HRA
● De petites erreurs de profondeur peuvent affecter la valeur indiquée.
● La rugosité de surface, la courbure, les vibrations, un support insuffisant et l'état de la machine peuvent introduire des erreurs.
● Le résultat offre une séparation numérique moins marquée entre les nuances très dures que celle souvent observée pour les nuances HV.
● Une seule mesure peut ne pas représenter une zone de test hétérogène ou défectueuse.
La norme ASTM B294 décrit la dureté Rockwell comme une méthode d'évaluation importante des carbures cémentés, mais précise qu'elle ne doit pas être le seul test utilisé pour évaluer le matériau.
Comment mesure-t-on la dureté Vickers HV ?
L'essai Vickers consiste à enfoncer une pyramide de diamant à base carrée dans l'éprouvette préparée en appliquant une force d'essai spécifiée. Après relâchement de la force, l'opérateur ou le système automatisé mesure les deux diagonales de l'empreinte.
L'indice de dureté Vickers se calcule en divisant la force appliquée par la surface oblique de l'empreinte. Lorsque la force est exprimée en kilogrammes-force et la diagonale moyenne en millimètres, la formule classique est :
HV = 1,8544 × F ÷ d²
La désignation indiquée doit préciser la force d'essai. Par exemple :
● 1 500 HV30Dureté Vickers de 1 500 mesurée à 30 kgf
● 1 650 HV10Dureté Vickers de 1 650 mesurée à 10 kgf
● 1 800 HV1Dureté Vickers de 1 800 mesurée à 1 kgf
L'acier HV30 est fréquemment utilisé dans les tables de nuances de carbure cémenté car l'indentation relativement grande échantillonne une plus grande partie de la microstructure composite qu'un test à très faible force.
Avantages de la haute tension
● Fournit une résolution numérique utile entre les nuances de carbure dur
● Permet l'examen de régions spécifiques lorsque la force d'essai est appropriée
● Produit une indentation qui peut être examinée optiquement.
● Peut être utilisé pour une large gamme de forces d'essai
Limites du HV
● Nécessite une surface lisse et correctement préparée, ainsi que des bords d'indentation nets.
● La mesure en diagonale introduit une incertitude optique ou d'analyse d'image.
● Les résultats peuvent varier en fonction de la force d'essai, notamment à faibles charges.
● De très petites empreintes peuvent permettre d'échantillonner des grains de WC individuels ou des régions riches en liant plutôt que la dureté globale.
HRA vs. HV : Comparaison pratique
| Comparaison | JEU | HW |
| Principe de mesure | Profondeur d'indentation permanente | Taille de l'indentation sous une force donnée |
| Indenteur | Indenteur Rockwell diamant | Pyramide de diamant à base carrée |
| Utilisation typique du carbure | Production rapide et inspection à réception | Comparaison des grades, développement et contrôle qualité détaillé |
| Format du résultat | Par exemple, 91,5 HRA | Par exemple, 1 500 HV30 |
| Rapport de charge de test | Définie par l'échelle HRA | Doit être inclus dans la désignation |
| Risque de mesure primaire | Erreur de profondeur, support, machine et état de surface | Imagerie par indentation, mesure diagonale, préparation de surface et effet de charge |
Pourquoi la préparation des échantillons et le lieu du test sont importants
Pour obtenir des résultats de dureté fiables, il est nécessaire de disposer d'une surface d'essai plane, propre, stable et représentative. Des dommages dus au meulage, une chaleur excessive lors du polissage, une courbure, une contamination ou un support inadéquat peuvent fausser le résultat.
Les bonnes pratiques de test comprennent :
● Élimination des revêtements, de l'oxydation, des couches décarburées et des matériaux de surface endommagés
● Préparation d'une zone de test suffisamment lisse et plane
● Maintenir l'échantillon rigidement afin qu'il ne puisse ni basculer ni se déformer.
● Éviter les empreintes près des bords, des anciennes marques, des pores et des défauts visibles
● Effectuer plusieurs mesures plutôt que de se fier à une seule valeur
● Indiquer la moyenne, l'étendue et le lieu du test lorsque cela est nécessaire
● Utilisation de machines, d'indenteurs et de blocs de référence vérifiés
Les pièces courbes finies peuvent nécessiter une éprouvette spécifique ou une procédure de correction. La dureté mesurée sur une paroi mince, un bord non supporté ou une petite courbe peut ne pas être comparable à celle mesurée sur une éprouvette frittée plane.
Une dureté plus élevée signifie-t-elle toujours un meilleur carbure ?
Non. Une dureté plus élevée offre généralement une meilleure résistance à l'usure au sein d'une même famille de nuances, mais elle s'accompagne souvent d'une tolérance réduite aux chocs, aux vibrations, à la flexion ou aux charges interrompues.
Un acier à dureté Vickers élevée peut convenir aux surfaces soumises à une usure abrasive fine, aux buses, aux arêtes de coupe ou aux surfaces d'usure peu sollicitées. Un acier moins dur mais plus résistant peut être plus sûr pour les plaquettes de mine, les bagues soumises aux chocs, les garnitures de vannes ou les composants minces.
Deux grades présentant un HRA similaire peuvent également se comporter différemment pour les raisons suivantes :
● Différentes tailles de grains WC
● Différents pourcentages de liant ou chimie du liant
● ténacité à la rupture différente
● résistance à la corrosion différente
● Porosité différente ou bilan carbone
Pour cette raison, Langsun Carbide combineinspection de duretéavec des contrôles de densité, de métallographie, de coercivité, de saturation magnétique, de dimensions et autres contrôles appropriés à la nuance et à l'application.
Comment les acheteurs doivent spécifier la dureté
Un bon de commande indiquant uniquement « dureté : 1 500 HV » est incomplet.
Une spécification claire doit inclure :
● Échelle de dureté : HRA ou HV
● Force d'essai Vickers, telle que HV30
● Norme d'essai applicable
● Plage minimale, maximale ou cible
● Emplacement de la pièce d'essai ou de la pièce finie
● condition de préparation de surface
● Nombre de relevés et méthode de rapport
● Les valeurs converties sont-elles autorisées ?
● Documentation d'étalonnage et d'inspection requise
Lors de la comparaison des fiches techniques des fournisseurs, vérifiez que les deux valeurs ont été mesurées dans des conditions équivalentes. N'approuvez ni ne rejetez une note uniquement parce qu'un fournisseur indique HRA et un autre HV.
La dureté doit également être évaluée en fonction de la composition du matériau et du mode de rupture prévu. Voir Langsun Carbide.Guide des nuances de carbure de tungstènepour obtenir des conseils supplémentaires sur le choix des niveaux scolaires.
Les indices HRA et HV fournissent tous deux des informations précieuses sur la dureté du carbure de tungstène, mais ils ne doivent pas être considérés comme des valeurs parfaitement interchangeables.
L'analyse de la hauteur (HRA) est rapide et pratique pour le contrôle de production de routine. L'analyse de la hauteur (HV) offre une résolution supérieure et une empreinte visible, mais la force d'essai et la préparation de la surface doivent être rigoureusement contrôlées.
Pour une comparaison fiable :
● Comparer les résultats mesurés à l'aide de la même échelle et de la même charge d'essai.
● Utiliser des spécimens correctement préparés et supportés.
● Prenez plusieurs mesures plutôt que de vous fier à une seule indentation.
● Considérer la conversion HRA-HV comme approximative.
● Évaluer la dureté ainsi que la ténacité, la densité, la microstructure et les conditions de fonctionnement.
Mon point de vue pratique est simple : la meilleure nuance de carbure n’est pas celle qui affiche le chiffre le plus élevé sur le certificat de dureté. Il s’agit de la nuance dont la dureté est suffisamment élevée pour résister à l’usure, tout en conservant une ténacité et une stabilité suffisantes pour supporter la géométrie réelle de la pièce et les charges de service.
FAQ
Quelle est la dureté typique du carbure de tungstène ?
Le carbure de tungstène présente généralement une dureté de 80 à 94 HRA ou d'environ 600 à 2 200 HV30, selon la teneur en liant, la granulométrie, les additifs et l'application. Il convient de se référer à la fiche technique de la nuance exacte.
L'HRA est-elle plus précise que l'HV ?
Aucune des deux méthodes n'est systématiquement plus précise. La méthode HRA est pratique pour le contrôle de la production, tandis que la méthode HV offre une résolution numérique supérieure. La précision dépend de la préparation de l'échantillon, de l'équipement, de l'étalonnage, de la procédure et du contrôle de l'opérateur.
Est-il possible de convertir 91 HRA en une seule valeur HV exacte ?
Non. Les tables de conversion peuvent fournir une plage approximative, mais la relation précise dépend du matériau et des conditions d'essai. Testez directement la pièce en haute tension lorsqu'une valeur d'acceptation en haute tension est requise.
Pourquoi deux laboratoires rapportent-ils des duretés différentes ?
Les causes possibles incluent des charges différentes, des emplacements de test différents, la préparation de la surface, l'étalonnage de la machine, les pénétrateurs, le support de l'échantillon, la température, la méthode de lecture ou la variation réelle du matériau.
Un HRA plus élevé garantit-il une durée de vie plus longue ?
Non. La durée de vie dépend également de la ténacité, de la corrosion, de l'impact des particules, de la température, de la lubrification, de la géométrie, de l'état de surface et du mécanisme d'usure spécifique.
Références
1. ASTM B294-22, Méthode d'essai normalisée pour l'essai de dureté des carbures cémentés.
2. ISO 3738-1:1982, Métaux durs — Essai de dureté Rockwell (échelle A) — Partie 1 : Méthode d’essai.
3. ISO 6507-1:2023, Matériaux métalliques — Essai de dureté Vickers — Partie 1 : Méthode d’essai.
4. ASTM E92-23, Méthodes d'essai normalisées pour la dureté Vickers et la dureté Knoop des matériaux métalliques.
5. ASTM E384-22, Méthode d'essai normalisée pour la dureté des matériaux par microindentation.
6. Hyperion Materials & Technologies, « Propriétés de qualité des inserts vierges ».
Auteur | Allen
Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Fort de plus de 5 ans d'expérience dans les pièces d'usure industrielles et les applications du carbure de tungstène, il aide les équipementiers, les fabricants d'équipements et les équipes d'approvisionnement à sélectionner les nuances de carbure en fonction des conditions de travail, des performances du matériau, de la faisabilité de la fabrication et des exigences de contrôle de la qualité.
Facebook :Allen sur Facebook
LinkedIn :Allen est sur LinkedIn