Essais de microduret´ e

Les essais de nanoindentation et de microduret´e d´erivent des essais classiques de duret´e (Brinell, Vickers, Knoop) consistant `a enfoncer une pointe suppos´ee ind´eformable dans le mat´eriau afin d’en mesurer ses caract´eristiques de duret´e. Les essais de microduret´e sont rapides `a mettre en place et pr´esentent une bonne reproductibilit´e. Nous avons utilis´e un microdurom`etre digital avec des charges s’´echelonnant de 0.5 gf `a 2000 gf. Une vis´ee optique y est coupl´ee avec des objectifs de ×10, ×50 et ×100. La pointe s´electionn´ee est de forme pyramidale de diagonale d, de type Vickers. La duret´e est d´etermin´ee `a partir de la charge P par l’´equation HV = 2P sin

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d2 .

Figure 4.45 : R´esultats des essais de microduret´e Vickers effectu´es sur un acier inoxydable aust´enitique 316L avec diff´erentes finitions de l’´etat de surface [104]

Nous avons pris soin d’utiliser les mˆemes pr´ecautions de polissage que pour l’analyse E.B.S.D. dans le but d’´eliminer tout effet d’´ecrouissage dˆu au polissage m´ecanique. En effet, l’´etat de surface est essentiel pour les essais de duret´e, surtout `a faible charge. Par exemple, nous pouvons voir sur la figure 4.45 que la duret´e varie tr`es fortement `

a faible charge mais l’influence de l’´etat de surface diminue au fur et `a mesure que la charge augmente [104]. Afin de s’affranchir au maximum de l’´etat de surface, tous les ´

echantillons ont ´et´e pr´epar´es `a partir d’un polissage sur polisseuse vibrante apr`es une fi- nition O.P.S.. Le d´esavantage de la finition O.P.S., qui est le r´esidu de silice extrˆemement fin sur l’´echantillon, est gomm´e car les vibrations vont nettoyer l’´echantillon. Ce polissage donne un meilleur ´etat de surface qu’avec une attaque ´electrolytique classique. Lorsque nous regardons l’influence de la charge au niveau de la duret´e de la matrice bainitique (figure 4.46), l’influence est minime au dessus de 50 g. Chaque indentation a ´et´e faite `a proximit´e des autres afin de minimiser la dispersion de mesure de duret´e en se concentrant sur un volume limit´e de mati`ere (figure 4.47).

4.5. ESSAIS DE DURET´E 114

Figure 4.46 : Influence de la charge sur la d´etermination de la duret´e Vickers pour le Metasco MC : pr´eparation sur polisseuse vibrante

Figure 4.47 : Essai de duret´e en fonction de la charge appliqu´ee

En effet, le triangle de suspension ´etant grenaill´e, il existe une diff´erence notable de duret´e entre la peau du triangle et le cœur. Une vingtaine d’essais ont ´et´e effectu´es pour une mˆeme charge. La figure 4.46 montre l’´evolution de la moyenne de la duret´e en fonction de la charge. La duret´e est beaucoup plus grande `a petite charge que pour les grandes charges. L’´ecart-type donn´e en figure 4.48 suit la mˆeme tendance.

Figure 4.48 : Evolution de l’´ecart-type de la duret´e Vickers en fonction de la charge : pr´eparation sur polisseuse vibrante

La duret´e du mat´eriau que nous avons utilis´ee est donc obtenue pour une charge de 100 g. Les r´esultats sont list´es dans le tableau J.16 de l’annexe J et trac´es en figure 4.49. Sachant que les sections du triangle ont des rapports de circularit´e diff´erents, nous avons

4.5. ESSAIS DE DURET´E 115

essay´e de corr´eler les r´esultats obtenus en E.B.S.D. avec les duret´es de la matrice le long du triangle de suspension. Le cœfficient de corr´elation est de -0.81 entre la taille des grains et la duret´e Vickers. Par contre, l’indice de corr´elation de la duret´e avec le taux de corroyage est moins bon avec 0.59. Nous pouvons en conclure ais´ement que plus la taille des grains est petite et plus la duret´e sera importante. Nous pouvons d’ailleurs le constater au niveau des extrˆemit´es du bras de suspension. Cette taille de grain peut ˆetre ´egalement reli´ee au taux de corroyage du bras de suspension. En effet, si nous tra¸cons la taille de grain en fonction du corroyage, le cœfficient de corr´elation est de -0.52 (figure 4.50). Nous pouvons remarquer que la taille diminue lorsque le corroyage est de plus en plus important. Ceci peut s’expliquer par le fait que la section ´etant r´eduite, le refroidissement se fera plus rapidement (notamment `a cœur) que dans une section plus grande. Lorsque nous nous int´eressons `a la duret´e par rapport au corroyage, nous obtenons un cœfficient de corr´elation de 0.59. Cependant un point de mesure semble ˆetre incoh´erent. Si nous ne tenons pas compte du point 5 concernant le bras sollicit´e, nous obtenons un cœfficient de corr´elation de -0.65 pour la taille de grain en fonction du taux de corroyage et un cœfficient de corr´elation de 0.84 pour la duret´e en fonction du taux de corroyage. La taille de grain reste assez bien corr´el´ee avec le niveau de corroyage ainsi que la duret´e.

Figure 4.49 : Microduret´e Vickers de la matrice bainitique

Figure 4.50 : Microduret´e de la matrice en fonction du taux de corroyage et taille des grains ferritiques en fonction du taux de corroyage

Nous avons ´egalement effectu´e des essais de duret´e sur les inclusions M nS (figure 4.51). Les inclusions de M nS ayant une ´epaisseur peu importante, la charge doit ˆetre assez

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faible pour que la d´eformation de l’inclusion reste localis´ee. Le sch´ema 4.52 indique qu’`a forte charge, la matrice bainitique entourant l’inclusion risque ´egalement de se d´eformer ou d’influencer les r´esultats. En effet, la matrice ´etant plus dure, la duret´e mesur´ee risque d’ˆetre beaucoup plus grande que celle escompt´ee. Nous avons utilis´e des charges d’indentation de 2 `a 3 g maximum ce qui repr´esente des diagonales d’indents de l’ordre de 3 `a 4 µm de longueur. L’´epaisseur d’indentation s’´echelonne de 600 `a 800 nm. Il faut donc s´electionner des inclusions cons´equentes pour esp´erer avoir une ´epaisseur assez importante puisque tous les param`etres morphologiques sont corr´el´es. Etant donn´e que le rapport de forme des inclusions est, en moyenne, de 2.89 (tableau J.3), les indentations ont ´et´e effectu´ees sur des inclusions avec des longueurs sup´erieures `a 10 µm.

Figure 4.51 : Microduret´e sur une inclusion M nS

Figure 4.52 : Influence de la charge sur l’inclusion et la matrice

Sur plus de 150 essais le long du triangle de suspension, nous avons trouv´e une moyenne de duret´e pour les inclusions M nS de 143.58 HV avec un ´ecart-type de 43.60 HV. A titre indicatif, les nitrides de titane, facilement reconnaissables par leurs bords anguleux, ont une duret´e moyenne de 609.23 HV. Ces essais de microduret´e nous ont permis de mettre en avant une certaine homog´en´eit´e de la matrice sauf sur les bords du triangle de suspension et pr`es des inclusions. Afin de confirmer ces r´esultats, nous avons men´e une campagne d’essais de nanoduret´e.

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