Calculateur du nombre de dureté Brinell – Essai des matériaux
Calculez le nombre de dureté Brinell (BHN) de n’importe quel matériau en saisissant la charge d’essai, le diamètre de la bille et le diamètre de l’empreinte.
Saisissez les paramètres de l’essai Brinell pour déterminer la valeur BHN et évaluer la résistance de votre matériau à la déformation permanente.
Calculateur du nombre de dureté Brinell – Essai des matériaux
Calculez le nombre de dureté Brinell (BHN) de n’importe quel matériau en saisissant la charge d’essai, le diamètre de la bille et le diamètre de l’empreinte.
À propos du calculateur du nombre de dureté Brinell
L’essai de dureté Brinell est l’une des méthodes les plus anciennes et les plus utilisées pour mesurer la dureté des métaux et des alliages. En science des matériaux, la dureté est la mesure de la résistance d’un matériau à la déformation plastique permanente, plus précisément à l’enfoncement d’un corps plus dur dans sa surface. L’essai Brinell quantifie cette résistance en pressant une bille d’acier trempé ou de carbure de tungstène, d’un diamètre spécifié, dans la surface du matériau sous une charge contrôlée, puis en mesurant le diamètre de l’empreinte circulaire obtenue.
L’essai a été introduit par l’ingénieur suédois Johan August Brinell en 1900 comme méthode rapide et pratique de contrôle qualité des métaux. Il reste normalisé dans des standards internationaux tels que ASTM E10 et ISO 6506, et il est particulièrement adapté aux matériaux à grains grossiers comme la fonte, les alliages d’aluminium et les pièces forgées, qui seraient endommagés ou donneraient des résultats trompeurs avec des méthodes de microindentation.
Le nombre de dureté Brinell est calculé avec la formule : BHN = 2F / (π × D × (D − √(D² − d²))), où F est la charge appliquée en kilogrammes-force (kgf), D est le diamètre de la bille pénétratrice en millimètres et d est le diamètre mesuré de l’empreinte en millimètres. Le dénominateur calcule la surface courbe de l’empreinte sphérique à partir de la géométrie d’un segment sphérique, et en divisant la charge par cette surface on obtient la dureté en kgf/mm², notée conventionnellement HB.
Les conditions d’essai standard sont précisées dans les normes concernées. La combinaison la plus courante est une bille de 10 mm avec une charge de 3000 kgf pour l’acier et la fonte (rapport force/diamètre F/D² = 30), une bille de 10 mm avec 1000 kgf pour les alliages plus légers comme l’aluminium (F/D² = 10), et une bille de 5 mm avec 250 kgf pour les sections minces. La charge doit être appliquée régulièrement pendant 10 à 15 secondes et maintenue pendant le temps de maintien spécifié, généralement 10 à 15 secondes pour l’acier.
Les plages typiques de dureté Brinell aident à interpréter les résultats. Les métaux purs et tendres comme le cuivre ou l’aluminium mesurent généralement 20 à 100 HB. Les aciers au carbone moyen à l’état normalisé se situent entre 130 et 200 HB. Les aciers alliés à haute résistance à l’état trempé et revenu peuvent atteindre 300 à 450 HB. L’échelle Brinell est généralement limitée aux matériaux inférieurs à environ 450 HB, car les matériaux plus durs ont tendance à aplatir la bille plutôt que la pièce d’essai.
La dureté Brinell corrèle empiriquement avec d’autres échelles de dureté et avec la résistance ultime à la traction. Une approximation courante pour les aciers est UTS (MPa) ≈ 3.45 × BHN, valable pour les aciers entre 100 et 400 HB. Cette relation est utilisée en fonderie et en fabrication pour une évaluation rapide de la qualité sans réaliser un essai de traction complet. L’essai Brinell est aussi précieux parce que l’empreinte de grande surface moyenne les caractéristiques microstructurales telles que les inclusions, la porosité et les joints de grains, donnant une valeur de dureté globale représentative.
Exemples d’essai de dureté Brinell
Mesures courantes de dureté des matériaux avec les paramètres standard de l’essai Brinell.
| Paramètres d’essai | Résultat BHN | Matériau / application |
|---|---|---|
| F = 3000 kgf, D = 10 mm, d = 3.2 mm | ≈ 363 HB | Acier doux typique ou acier au carbone moyen normalisé. La combinaison 3000 kgf / 10 mm est la condition standard pour l’acier selon ASTM E10. |
| F = 1000 kgf, D = 10 mm, d = 3.6 mm | ≈ 95 HB | Alliage d’aluminium (par ex. 6061-T6). Charge plus faible avec bille de 10 mm. Un diamètre d’empreinte de 3.6 mm est typique pour l’aluminium traité thermiquement à cette charge. |
| F = 250 kgf, D = 5 mm, d = 1.44 mm | ≈ 150 HB | Laiton ou bronze avec bille de 5 mm et 250 kgf. Une bille plus petite est utilisée pour les pièces à paroi mince ou les sections où une bille de 10 mm fausserait le résultat. |
| F = 3000 kgf, D = 10 mm, d = 2.1 mm | ≈ 856 HB | Acier à outils trempé ou fonte blanche avec une empreinte très petite. Les valeurs supérieures à ~450 HB doivent être vérifiées par les méthodes Rockwell ou Vickers, car une déformation de la bille peut se produire. |
Comment utiliser le calculateur de dureté Brinell
- Choisissez les bonnes conditions d’essai : utilisez une bille de 10 mm avec 3000 kgf pour les aciers et la fonte, une bille de 10 mm avec 1000 kgf pour les alliages de cuivre et d’aluminium, ou une bille de 5 mm avec 250 kgf pour les sections plus minces.
- Saisissez la charge appliquée pendant l’essai en kilogrammes-force (kgf). Ne la convertissez pas en newtons — la formule BHN utilise directement les kgf.
- Saisissez le diamètre de la bille pénétratrice en acier trempé ou en carbure, en millimètres.
- Mesurez le diamètre de l’empreinte circulaire laissée dans l’éprouvette à l’aide d’un microscope optique ou d’une loupe de mesure étalonnée, puis saisissez cette valeur en millimètres.
- Cliquez sur Calculer la dureté pour obtenir la valeur BHN. Comparez le résultat aux plages de dureté publiées pour votre matériau afin d’évaluer son état et son adéquation à l’application prévue.
Foire aux questions
Qu’est-ce que le nombre de dureté Brinell (BHN ou HB) ?
Le nombre de dureté Brinell est une valeur numérique qui quantifie la résistance d’un matériau à l’indentation. Il est calculé en divisant la charge appliquée (en kgf) par la surface courbe de l’indentation sphérique (en mm²). Un BHN plus élevé indique un matériau plus dur. L’acier se situe généralement entre 100 et 500 HB, tandis que les alliages d’aluminium sont habituellement entre 20 et 150 HB.
Quelle est la différence entre les duretés Brinell (HB), Vickers (HV) et Rockwell (HR) ?
Les trois méthodes mesurent la dureté par indentation mais diffèrent par la forme de l’indenteur, la charge appliquée et la technique de mesure. Brinell utilise une grosse bille et mesure le diamètre de l’empreinte — idéal pour les matériaux à grains grossiers. Vickers utilise une pyramide en diamant et mesure la longueur des diagonales — adapté aux sections minces et à une large plage de dureté. Rockwell mesure la profondeur de l’empreinte et l’affiche directement sur un cadran — c’est le plus rapide pour les essais de production. Pour l’acier, HB ≈ HV en dessous d’environ 400, et HB ≈ 10 × HRC est une règle empirique approximative.
Pourquoi le diamètre de l’empreinte doit-il être inférieur au diamètre de la bille ?
La formule Brinell suppose que l’empreinte est un segment sphérique, c’est-à-dire une portion d’une sphère dont le rayon est égal à celui de la bille. Si le diamètre de l’empreinte est égal ou supérieur au diamètre de la bille, cela signifie que la bille serait descendue au-delà de son équateur dans le matériau, ce qui est physiquement impossible dans des conditions normales d’essai et indique soit un matériau extrêmement tendre, soit une lecture incorrecte, soit une erreur de saisie.
Comment mesure-t-on en pratique le diamètre de l’empreinte ?
Après retrait de la charge, l’empreinte circulaire est mesurée à l’aide d’un microscope à faible grossissement muni d’un réticule étalonné, généralement avec une précision de ±0.02 mm. Deux mesures sont prises à angle droit à travers l’empreinte et moyennées pour tenir compte d’une légère ellipticité. L’empreinte doit être exempte de défauts de surface, et l’éprouvette doit être plane et avoir au moins 10 fois l’épaisseur de la profondeur d’empreinte.
Quelle charge et quelle taille de bille dois-je utiliser pour mon matériau ?
Le rapport charge/diamètre au carré F/D² doit être choisi de manière à produire un diamètre d’empreinte compris entre 0.24D et 0.6D pour obtenir des résultats valides. Utilisez F/D² = 30 (3000 kgf / bille de 10 mm) pour les aciers et la fonte ; F/D² = 10 (1000 kgf / bille de 10 mm) pour le cuivre, le laiton et l’aluminium ; F/D² = 5 (500 kgf / bille de 10 mm) pour les alliages légers et les métaux de roulement. ASTM E10 fournit le guide de sélection complet.
Peut-on convertir la dureté Brinell en résistance à la traction ?
Oui, pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés, il existe une relation empirique bien établie : UTS (MPa) ≈ 3.45 × BHN, valable dans la plage 100–400 HB. Cette approximation est utilisée en fonderie pour des contrôles qualité rapides. La conversion est moins fiable pour les aciers inoxydables, les alliages non ferreux et les fontes, pour lesquels il faut consulter des tables de conversion dédiées.