Calculateur de dureté Brinell

Calculez l’indice de dureté Brinell (BHN) à partir de la charge appliquée et des diamètres du pénétrateur et de l’empreinte, ainsi qu’une estimation approximative de la résistance à la traction du matériau testé.

Enter the test load, the indenter (ball) diameter, and the indentation diameter left in the material. BHN = 2F / (πD(D − √(D² − d²))).

Charge appliquée, F (kgf) Charge d’essai appliquée par le pénétrateur, en kilogrammes-force.

Diamètre de la bille du pénétrateur, D (mm) Diamètre de la bille en acier trempé ou en carbure, en millimètres.

Diamètre de l’empreinte, d (mm) Diamètre de l’empreinte obtenue à la surface, en millimètres.

Default example: 3,000 kgf over a 10 mm ball leaving a 4 mm indentation — a typical steel hardness test, giving BHN ≈ 229.

Typical Brinell hardness ranges for common materials — for context only, no calculation needed on this tab.

Material	Typical BHN
Pure aluminum	15 – 25
Aluminum alloys	30 – 120
Copper	35 – 45
Brass	55 – 100
Mild (low-carbon) steel	120 – 150
Medium-carbon steel	150 – 250
Hardened alloy steel	250 – 450
Tool steel (hardened)	500 – 650
Cast iron	150 – 300
Titanium alloys	300 – 380

Ranges are approximate and vary by alloy composition, heat treatment, and testing standard.

Résultat

—

Enter the load, indenter diameter, and indentation diameter to compute BHN.

BHN—

Traction (MPa)—

Traction (psi)—

6 min de lecture 4 étapes 6 termes 3 exemples 6 questions BHN = 2F / (πD(D − √(D² − d²)))

L’essai de dureté Brinell est l’une des méthodes les plus anciennes et les plus répandues pour mesurer la résistance d’un matériau à l’indentation permanente.

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Étapes

Comment utiliser cette calculatrice

4 étapes

Saisir la charge et les diamètres de la bille et de l’empreinte

Dans l’onglet Dureté Brinell, saisissez la charge d’essai en kilogrammes-force (kgf), le diamètre de la bille trempée ou du pénétrateur en carbure en millimètres, puis le diamètre de l’empreinte laissée, également en millimètres. Le calculateur met le BHN à jour à mesure que vous saisissez les valeurs.

Lire l’indice de dureté et l’estimation de résistance à la traction

La carte de résultat affiche l’indice de dureté Brinell (BHN) en valeur principale, accompagné d’une estimation de la résistance à la traction en MPa et en psi, fondée sur la relation empirique Rₘ ≈ 3.45 × BHN.

Estimer la résistance à la traction à partir d’un BHN connu

Passez à l’onglet Estimation de la traction si vous connaissez déjà l’indice de dureté Brinell indiqué dans un rapport d’essai ou une fiche technique et souhaitez seulement estimer la résistance à la traction : saisissez directement le BHN sans renseigner la charge ni les diamètres.

Vérifier les plages de dureté habituelles

L’onglet Référence indique les plages de dureté Brinell habituelles de matériaux courants, des alliages d’aluminium tendres aux aciers à outils trempés. Il permet de vérifier qu’un BHN calculé est plausible pour le matériau testé.

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Référence

Formule et méthodologie

2 formules

Indice de dureté Brinell

BHN = 2F / (πD(D − √(D² − d²)))

L’essai de dureté Brinell consiste à enfoncer dans le matériau une bille en acier trempé ou en carbure de tungstène de diamètre D (mm), sous une charge F (kgf). Elle laisse une empreinte sphérique de diamètre d (mm) à la surface. Le BHN correspond à la charge d’essai divisée par l’aire de la surface courbe de l’empreinte : à charge égale, une empreinte plus petite indique un matériau plus dur et un BHN plus élevé. La formule est normalisée par ASTM E10 et ISO 6506.

Résistance à la traction approximative

Rₘ (MPa) ≈ 3.45 × BHN

Pour de nombreux aciers, la résistance à la traction varie à peu près linéairement avec la dureté Brinell. Cette relation empirique, documentée dans ASTM A370, permet d’estimer rapidement la résistance à la traction à partir d’un essai de dureté non destructif, sans réaliser d’essai de traction destructif complet. C’est une approximation pratique, qui ne remplace pas un essai de traction réel pour les pièces critiques.

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Glossaire

Termes clés expliqués

6 termes

Indice de dureté Brinell (BHN) Indice presque sans dimension de la résistance d’un matériau à l’indentation permanente (plastique), calculé en divisant la charge d’essai par l’aire sphérique de l’empreinte produite. Un BHN plus élevé correspond à un matériau plus dur et plus résistant à l’indentation.

Pénétrateur Bille en acier trempé ou en carbure de tungstène enfoncée dans le matériau testé. Les diamètres normalisés sont 10 mm, 5 mm, 2.5 mm et 1 mm ; le choix dépend de l’épaisseur de l’échantillon et de sa dureté présumée.

Empreinte Marque permanente, approximativement sphérique, laissée à la surface du matériau après le retrait du pénétrateur. Son diamètre est mesuré, généralement au microscope, selon deux directions perpendiculaires, puis les mesures sont moyennées.

Charge appliquée (F) Force d’essai transmise par le pénétrateur et traditionnellement exprimée en kilogrammes-force (kgf), même si les appareils modernes l’appliquent au moyen d’un système hydraulique ou électromécanique étalonné plutôt qu’avec des poids suspendus.

Estimation de la résistance à la traction Estimation approximative de la résistance ultime à la traction calculée à partir du BHN selon la relation empirique Rₘ ≈ 3.45 × BHN (en MPa). Elle est fiable pour de nombreux aciers au carbone et aciers faiblement alliés, mais moins précise pour d’autres alliages ; elle sert donc de simple indication.

Échelle de dureté Brinell est l’une des différentes échelles de dureté, avec Rockwell et Vickers. Chacune utilise une forme de pénétrateur, une charge et une formule différentes. Les valeurs BHN ne sont donc pas directement comparables aux valeurs Rockwell (HRC) ou Vickers (HV) sans table de conversion.

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Situations types

Exemples concrets

3 exemples

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Contrôleur qualité

Essai d’une pièce forgée en acier avec une bille normalisée de 10 mm

Charge appliquée, F 3,000 kgf Diamètre du pénétrateur, D 10 mm Diamètre de l’empreinte, d 4 mm

BHN = 2(3,000) / (π·10·(10 − √(10² − 4²))) ≈ 228.8. Ce résultat correspond à la plage des aciers au carbone moyen à des aciers alliés trempés, comparable à un acier de construction trempé et revenu ; la résistance à la traction estimée est d’environ 789 MPa (près de 114,000 psi).

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Ingénieur matériaux consultant une fiche technique

Estimation de la résistance à la traction à partir d’un BHN indiqué

Onglet utilisé Estimation de la traction Indice de dureté Brinell, BHN 200

Rₘ ≈ 3.45 × 200 = 690 MPa (environ 100,000 psi). Cette vérification rapide permet de comparer le résultat à la résistance à la traction indiquée sur un certificat matière. Elle est utile pour une estimation sur le terrain, mais le résultat certifié de l’essai de traction reste prioritaire pour les applications critiques.

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Étudiant comparant des matériaux

Comparaison d’un résultat aux plages habituelles

Onglet utilisé Référence BHN calculé 229

L’onglet Référence indique généralement 120–150 BHN pour l’acier doux, 150–250 BHN pour l’acier au carbone moyen et 250–450 BHN pour l’acier allié trempé. La valeur calculée de 229 se situe dans la plage de l’acier au carbone moyen ; le résultat paraît donc physiquement plausible avant d’être consigné.

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Référence

Citer cette calculatrice

APA et MLA

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Analyse approfondie

Comprendre la dureté Brinell

4 chapitres · 6 min de lecture

L’essai de dureté Brinell est l’une des méthodes les plus anciennes et les plus répandues pour mesurer la résistance d’un matériau à l’indentation permanente. Une bille dure est enfoncée dans le matériau sous une charge connue, puis on mesure la taille de l’empreinte laissée : plus elle est petite, plus le matériau est dur. Cette mesure, appliquée à une formule normalisée par ASTM E10 et ISO 6506, donne l’indice de dureté Brinell (BHN), utilisé en fabrication, en contrôle qualité et pour le choix des matériaux.

Principe de l’essai Brinell

Une bille en acier trempé ou en carbure de tungstène, de diamètre D connu, est enfoncée dans une surface plane et préparée du matériau soumis à l’essai sous une charge fixe F. La charge est maintenue pendant une durée normalisée, puis la bille est retirée. Le diamètre d de l’empreinte sphérique obtenue est mesuré, et le BHN se calcule en divisant la charge par l’aire de la surface courbe de l’empreinte : BHN = 2F / (πD(D − √(D² − d²))). Comme l’empreinte est relativement grande et fournit une mesure moyenne, l’essai Brinell convient particulièrement aux matériaux à gros grains ou non homogènes, comme les pièces moulées, pour lesquels un essai à plus petite échelle (Vickers ou Rockwell, par exemple) peut donner des résultats variables selon l’endroit mesuré.

De la dureté à la résistance à la traction

Pour de nombreux aciers au carbone et aciers faiblement alliés, la résistance à la traction suit une relation approximativement linéaire avec la dureté Brinell, exprimée par l’approximation courante Rₘ (MPa) ≈ 3.45 × BHN, documentée dans ASTM A370. Une mesure de dureté rapide et non destructive donne ainsi une estimation de la résistance à la traction sans devoir soumettre chaque pièce à un essai destructif complet. Cette corrélation est adaptée aux aciers pour lesquels elle a été établie, mais elle est moins fiable pour d’autres familles d’alliages : l’aluminium, le titane et les aciers fortement alliés peuvent s’en écarter sensiblement. Il faut donc considérer l’estimation comme une valeur de planification, et non comme une valeur certifiée. Consultez aussi le calculateur du module de Young et le calculateur de contrainte pour d’autres propriétés des matériaux.

Choisir le pénétrateur et la charge adaptés

Les conditions d’essai normalisées associent le diamètre de la bille à une charge proportionnelle afin que le diamètre de l’empreinte reste dans une plage de mesure fiable (généralement de 0.24D à 0.6D). Une empreinte trop petite est difficile à mesurer précisément ; une empreinte trop grande risque d’être affectée par les bords du pénétrateur ou de traverser une pièce mince. La combinaison la plus courante pour les aciers et les fontes est une bille de 10 mm et une charge de 3,000 kgf. Des billes plus petites et des charges plus légères (5 mm/750 kgf, 2.5 mm/187.5 kgf, etc.) conviennent aux sections plus minces ou aux matériaux plus tendres, afin de conserver une empreinte proportionnée.

Limites de ce modèle simplifié

Ce calculateur applique la formule standard du BHN et l’approximation de la résistance à la traction issue d’ASTM A370. Toutefois, un essai Brinell réel impose d’autres conditions que ce calcul simplifié ne vérifie pas : une épaisseur minimale de l’échantillon (environ 10 fois la profondeur de l’empreinte) pour éviter que l’effet du pénétrateur n’atteigne la face arrière, une surface d’essai plane et bien préparée, une durée de maintien correcte, ainsi qu’une combinaison de charge et de pénétrateur conforme aux tableaux ASTM E10 ou ISO 6506. L’estimation de résistance à la traction est une corrélation empirique pour les aciers courants, pas une loi physique. Pour les autres alliages ou toute décision ayant une incidence sur la sécurité, vérifiez le résultat par un essai de traction réel ou à partir des données certifiées de propriétés mécaniques du matériau.

❓

Questions

Questions fréquentes

6 questions

Quelle est la formule de la dureté Brinell ?+

BHN = 2F / (πD(D − √(D² − d²))), où F désigne la charge d’essai appliquée en kilogrammes-force (kgf), D le diamètre de la bille du pénétrateur en millimètres et d le diamètre de l’empreinte obtenue en millimètres. La formule divise la charge par l’aire de la surface courbe de l’empreinte ; elle est normalisée par ASTM E10 et ISO 6506.

Comment estimer la résistance à la traction à partir du BHN ?+

La relation empirique Rₘ (MPa) ≈ 3.45 × BHN, documentée dans ASTM A370, est utilisée. Elle fournit une approximation fiable pour de nombreux aciers au carbone et aciers faiblement alliés, mais moins précise pour d’autres familles d’alliages. Il s’agit d’une estimation rapide, et non d’un remplacement à un véritable essai de traction.

Quelles unités ce calculateur utilise-t-il ?+

La charge appliquée se saisit en kilogrammes-force (kgf). Le diamètre du pénétrateur et celui de l’empreinte se saisissent en millimètres (mm), conformément aux rapports d’essai Brinell habituels. L’estimation de la résistance à la traction est affichée en mégapascals (MPa) et en livres par pouce carré (psi).

Comment comparer la dureté Brinell aux échelles Rockwell ou Vickers ?+

Brinell, Rockwell et Vickers sont des échelles différentes, avec des formes de pénétrateur, des charges et des formules distinctes. Leurs valeurs brutes ne sont pas directement interchangeables : leur conversion nécessite une table normalisée (ASTM E140), et non un simple calcul arithmétique. Brinell est souvent préféré pour les matériaux à gros grains, comme les pièces moulées, car sa grande empreinte moyenne mieux les variations locales que les empreintes plus petites de Vickers ou Rockwell.

Quelle charge et quelle taille de bille utiliser ?+

Pour les aciers et les fontes, les combinaisons normalisées utilisent une bille plus grande et une charge plus élevée ; la plus courante est une bille de 10 mm sous 3,000 kgf. Les sections plus minces ou les matériaux plus tendres utilisent une bille plus petite et une charge proportionnellement réduite afin que le diamètre de l’empreinte reste dans la plage de mesure fiable (environ 0.24D à 0.6D). Consultez ASTM E10 ou ISO 6506 pour connaître toutes les combinaisons recommandées.

Pourquoi le diamètre de l’empreinte doit-il être inférieur à celui de la bille ?+

La formule contient √(D² − d²), qui n’est définie pour les nombres réels que si d est inférieur à D. En pratique, le diamètre de l’empreinte ne peut pas dépasser celui de la bille qui l’a produite. Si vous saisissez d ≥ D, le calculateur signale une valeur non valide au lieu de renvoyer un résultat dénué de sens.

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