Contribution de l'essai d'indentation à la caractérisation d'aciers nitrurés

Indentation test contribution to the nitrided steel characterisation

Laboratoire de Recherche en Mécanique Appliquée de l'Université de Rennes, IUT de Rennes, 3 rue du Clos Courtel, BP 90422, 35704 Rennes Cedex 7, France

Auteur de correspondance : relabdi@univ-rennes1.fr

Reçu : 3 Septembre 2002
Accepté : 2 Juillet 2004

Résumé

Une nouvelle méthode de détermination des propriétés mécaniques d'aciers homogènes et d'aciers nitrurés présentant un haut gradient de dureté est présentée. Cette méthode est basée sur la modélisation de la courbe d'indentation (F−δ) obtenue avec un indenteur sphérique en fonction des paramètres de la loi de comportement élastoplastique de l'acier testé. Après avoir donné une méthode de détermination de la dureté (HV) à partir des propriétés mécaniques d'un matériau homogène, le modèle proposé est validé expérimentalement sur divers aciers non durcis. Pour les aciers nitrurés étudiés, une loi des mélanges basée sur le rapport des énergies plastiques dissipées dans la couche durcie et dans le substrat lors de l'indentation est établie. Une procédure d'optimisation numérique nous permet d'obtenir l'épaisseur et la contrainte d'écoulement de la couche mince supposée homogène. À partir de ces résultats et en utilisant la méthode de détermination de la dureté, on peut accéder au profil de dureté des aciers nitrurés. Les résultats déduits sont comparés avec ceux obtenus expérimentalement par des essais classiques de filiation de dureté, et confirment l'intérêt de la méthode proposée.

Abstract

A new approach to determine mechanical properties of homogeneous and nitrided steels with a high hardness profile is presented. This method is based on the modelling of the indentation curve (F−δ) obtained by a spherical indenter according to the elastoplastic behaviour law parameters of the tested steel. Firstly, a hardness determination method (HV) is given, using the mechanical properties of a homogeneous material. This method is experimentally validated on various homogeneous steels. For the studied nitrided steels, a mixture law is established. This law is based on the plastic energy ratios dissipated in the hardened layer and the substrate during the indentation. A numerical optimisation procedure leads to have the thickness and the yield stress of the homogeneous thin film. From these values and hardness determination method, we can obtain the nitrided steels hardness profile. The deduced results are compared with those experimentally obtained by the standard micro-indentation tests and confirm the interest of the proposed method.