Dureté des métaux et métaux les plus résistants au monde

La dureté est l'une des propriétés mécaniques les plus importantes des métaux. Elle définit la capacité d'un matériau à résister à la déformation dans des conditions localisées, principalement l'indentation, la rayure, la coupe ou l'usure.

Découvrons ces questions : qu'est-ce que la dureté des métaux, comment est-elle mesurée et comment l'améliorer. Vous pouvez également obtenir un tableau pratique de la dureté des métaux et apprendre quels sont les dix métaux les plus résistants jamais connus de l'homme.

Qu'est-ce que la dureté des métaux ?

La dureté d'un métal correspond à sa capacité à résister à la déformation, c'est-à-dire à une déformation permanente telle qu'une éraflure ou une indentation. Elle est associée à d'autres propriétés mécaniques telles que la ténacité et la résistance, mais n'est pas une seule et même chose.

Il existe plusieurs types de dureté :

• Dureté à la rayure - résistance à la rayure (par exemple, échelle de Mohs).
• Dureté à l'indentation - résistance à l'indentation permanente par un objet immobile (par exemple, Brinell, Rockwell, Vickers).
• Dureté de rebond - résistance à la déformation élastique, mesurée par la hauteur de rebond après un impact (par exemple, test de Leeb).

Le tungstène, le titane et les métaux en acier dur sont généralement liés à une dureté élevée et sont donc optimaux pour les applications résistantes à l'usure.

Mesure de la dureté des métaux

1. Essai de dureté Brinell (BHN) : Utilise une bille en carbure de tungstène ou en acier pour marquer la surface. Utilisé pour les métaux plus tendres, il fournit une dureté moyenne sur une plus grande surface.
2. Essai de dureté Rockwell (HR) : Courant dans l'industrie, il permet de tester la profondeur de l'indentation sur une série d'échelles (par exemple, HRC pour l'acier dur). Il est rapide et facile à réaliser.
3. Essai de dureté Vickers (VHN) : Utilise un pénétrateur pyramidal en diamant pour tester avec précision des échantillons minces ou petits. Très précis mais plus long à réaliser.
4. Échelle de dureté de Mohs : Test de rayure rapide allant de 1 (talc) à 10 (diamant). Pratique pour des tests qualitatifs rapides.
5. Essai de dureté Leeb (HL) : Outil de mesure de la vitesse de rebondissement porté à la main. Idéal pour les objets de grande taille ou montés.

Tableau de dureté des métaux

Pour mieux comprendre comment les différents métaux se comparent les uns aux autres en termes de dureté, voici un tableau de référence donnant une liste de matériaux couramment rencontrés sur différentes échelles de dureté. Ces valeurs sont indicatives mais peuvent être influencées par certaines combinaisons d'alliages, les méthodes de fabrication et le traitement thermique.

Les 10 métaux les plus résistants au monde

La force et la dureté ne sont pas identiques, mais elles sont proches. Toutefois, les métaux les plus résistants sont souvent les plus durs. Voici la liste des 10 métaux les plus résistants :

1. Tungstène (résistance à la traction : ~1510 MPa, dureté Mohs : ~9)

Le tungstène possède la résistance à la traction la plus élevée parmi les métaux purs et une dureté extrême. Il ne perd pas sa résistance même à des températures très élevées, ce qui explique son importance vitale pour les composants aérospatiaux, les outils de coupe et les applications militaires.

2. Inconel (résistance à la traction : >1000 MPa, dureté Mohs : 6,5-7)

L'inconel est une famille de superalliages nickel-chrome qui résistent aux températures élevées et à la dureté. Il est utilisé dans les moteurs à réaction, les turbines à gaz et les usines chimiques en raison de sa résistance à la corrosion et à l'oxydation.

3. Titane (résistance à la traction : ~1000 MPa, dureté Mohs : ~6)

Le titane possède une résistance à la traction, une faible densité et une dureté modérée. Son rapport force/poids et sa résistance à la corrosion en font le meilleur matériau pour l'aérospatiale, les dispositifs d'implantation et les environnements marins.

4. Acier à outils (acier trempé) (résistance à la traction : 700-1000 MPa, dureté Mohs : ~7)

Les aciers tels que A2, D2 et H13 sont traités thermiquement pour obtenir une résistance et une dureté de surface élevées. Ils sont largement utilisés dans l'outillage, le moulage sous pression et les pièces d'usure.

5. Vanadium (résistance à la traction : ~800 MPa, dureté de Mohs : ~6,7)

Le vanadium possède une grande résistance à la traction et est renforcé et durci lorsqu'il est allié à l'acier. Il est largement utilisé dans les composants aérospatiaux, le blindage et l'outillage à grande vitesse.

6. Chrome (résistance à la traction : ~418 MPa, dureté Mohs : 8,5-9)

Bien que la résistance à la traction du chrome soit moyenne, il s'agit du métal naturel le plus dur sur l'échelle de Mohs. C'est un élément essentiel dans la production d'acier inoxydable et il offre une excellente protection contre l'usure et la corrosion dans les applications de placage.

7. Osmium (résistance à la traction : ~600 MPa, dureté de Mohs : ~7)

L'osmium est l'un des matériaux les plus denses et les plus durs. Malgré sa fragilité, il est très résistant à l'usure et est utilisé dans des industries spécialisées telles que les plumes de stylos à plume et les contacts électriques.

8. Iridium (résistance à la traction : ~540 MPa, dureté Mohs : ~6,5)

L'iridium est un métal extrêmement dur et résistant à la corrosion, même à des températures élevées. Il est très utilisé dans les bougies d'allumage, les creusets et les équipements de communication en haute mer, bien qu'il soit très fragile.

9. Niobium (résistance à la traction : ~275 MPa, dureté Mohs : ~6)

Le niobium est principalement utilisé comme alliage pour renforcer la résistance des aciers de construction et pour fabriquer des supraconducteurs. Bien qu'il ne soit pas le métal le plus résistant sous sa forme élémentaire, il renforce considérablement d'autres matériaux.

10. Tantale (résistance à la traction : ~200 MPa, dureté Mohs : ~6,5)

Le tantale est peut-être moins résistant à la traction, mais il est extrêmement résistant à la corrosion et possède une bonne dureté. Il est largement utilisé dans l'électronique (en particulier les condensateurs), les implants médicaux et les composants aérospatiaux pour lesquels la stabilité chimique est indispensable.

Remarque : cette séquence prouve que si la résistance à la traction est l'un des principaux marqueurs des performances d'un métal, la dureté, la résistance à la corrosion et la stabilité thermique sont tout aussi importantes pour déterminer le matériau le mieux adapté à un besoin industriel ou technique donné.

Conclusion

La dureté des métaux est un paramètre important dans l'évaluation de l'adéquation d'un matériau à certaines applications industrielles ou structurelles. Comprendre ce qu'est la dureté, la mesurer et l'améliorer permet aux ingénieurs de prendre des décisions plus éclairées et de maximiser les métaux pour les outils, les structures, les machines et les dispositifs sophistiqués. Les leaders en matière de dureté sont le tungstène, le chrome et l'acier trempé, mais le choix du métal dépend toujours de l'ensemble des propriétés spécifiques nécessaires à la réalisation du travail. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).