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Une histoire de dureté : le chrome


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Le chrome est réputé pour sa dureté. Où se situe-t-il sur l’échelle de Mohs ?

Une recherche sur internet donne tout et son contraire.

En se limitant à des sites réputés pour leur sérieux, c’est le grand écart :

Wikipedia (version anglaise) indique une dureté Mohs de 8,5 qui fait du chrome le plus dur de tous les métaux.

Les Techniques de l’Ingénieur donnent seulement 4,5. À peine mieux que le cuivre.

Quand on sait que l’échelle de Mohs est vaguement logarithmique, la différence est énorme.

Wikipedia donne en fait des informations contradictoires. Dans le même article, une dureté Vickers de 1060 est annoncée, ce qui correspondrait plutôt à 6,5 sur l’échelle de Mohs...

Que faut-il retenir ?

 

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/metallurgie-extractive-42369210/metallurgie-extractive-du-chrome-m2245/rappel-des-proprietes-du-chrome-m2245v2niv10001.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Chromium

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cela revient au même de pas comprendre la différence entre  Si ( élément chimique "silicium" ) et quartz  (mineral naturel composé de Si O2 !!

 wikipedia donne à l'élément chrome une dureté de 7,5 ( et pas 8,5) pour du métal pur (inutilisable dans l'industrie) et la dureté mohs d'un métal n'a aucune signification !!! (metal pur obtenu sous quelle forme, chauffé/refroidi comment etc....)

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Il y a 2 heures, zunyite a dit :

cela revient au même de pas comprendre la différence entre  Si ( élément chimique "silicium" ) et quartz  (mineral naturel composé de Si O2 !!

Que vient faire SiO2 ?????? On parle de métal.

Il y a 2 heures, zunyite a dit :

 wikipedia donne à l'élément chrome une dureté de 7,5 ( et pas 8,5) pour du métal pur

Wikipedia n’est pas à l’ abri des contradictions, la version anglaise donne bien 8,5.

 

1933280712_crwikipedia.thumb.jpg.7f1b27e8d108df17d7dbb8a96bd603c6.jpg

 

Il y a 2 heures, zunyite a dit :

 la dureté mohs d'un métal n'a aucune signification !!! (metal pur obtenu sous quelle forme, chauffé/refroidi comment etc....)

Nous sommes bien d’accord. L’échelle de Mohs est beaucoup trop vague et n’a aucune utilité en métallurgie.

Mais il y a quand même des géoforumeurs qui utilisent des métaux pour tester la dureté des minéraux.

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je serais curieux de savoir de quel type de chrome ils peuvent bien utiliser pour des essais de dureté !!!!   ne pas oublier tout de même ce qu'est l'échelle de moth basée sur l'interaction entre mineraux "représentatifs"

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il y a une heure, zunyite a dit :

je serais curieux de savoir de quel type de chrome ils peuvent bien utiliser pour des essais de dureté !!!!   ne pas oublier tout de même ce qu'est l'échelle de moth basée sur l'interaction entre mineraux "représentatifs"

Malheureusement, Wikipedia ne donne pas ses sources.

 

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

Il me semble que la version "dure" c'est de l'oxyde de Cr (mais je ne sais pas quelle valence) qui est vert et que l'on utilise pour le polissage.

Je parle bien du métal, pas d'un composé chimique.

 

Il y a 17 heures, AMEDE a dit :

Je pense que la meilleure méthode est de tester nous même pour donner une fourchette et de comparer aux valeurs indiquées.

On peut commencer par là.

 

Le plus simple pour trouver du chrome, c’est le rayon plomberie d’un magasin de bricolage :

cr1.thumb.jpg.779b901e253e226a894d267b9b00989e.jpg

Il s’agit le plus souvent d’un mince dépôt électrolytique sur du cuivre ou du laiton. Ici, le corps est en plastique avec une première couche de cuivre et un revêtement de chrome d’environ 50 microns.

cr2.thumb.jpg.0d69024cbebabc04821a48b903efd892.jpg

Premier test avec un éclat de quartz. Il ne faut pas trop appuyer pour ne pas atteindre le cuivre.

cr3.thumb.jpg.5bb2f7977f2e3fd79fc7e08138d79e3d.jpg

Pas de doute, ce quartz-ci raye ce chrome-là et le cuivre n’est pas entamé.

Avec un cristal de feldspath, on voit une très légère trace mais le chrome semble bien rayé.

Même essai avec du verre : le verre glisse sur le chrome sans laisser la moindre éraflure.

 

La dureté devrait se situer vers 5,5 à 6.

Mais on ne peut pas généraliser à partir d’un seul échantillon.

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Il faudrait multiplier les essais. Heureusement, des chercheurs se sont penchés sur le sujet. Voici un article qui aborde de façon plus scientifique la question de la dureté des dépôts électrolytiques de chrome.

 

https://archive.org/details/jresv40n1p31

 

Sur un grand nombre d’essais faisant varier plusieurs paramètres (concentration du bain, durée, température, densité de courant) les auteurs trouvent des duretés qui vont de 300 à 1000. Il s’agit de dureté Knoop qui est légèrement inférieure à Vickers.

La dureté du chrome électrolytique varierait donc de 4,5 à 6,5 en fonction de la façon de procéder.

Un autre constat très intéressant : la dureté peut être ramenée à 200 ou 250 (autour de 3,5 sur l’échelle de Mohs) par un recuit d’une heure à 1200 degrés.

Et surtout, les auteurs relient la dureté à la teneur en oxygène. Si la teneur en oxygène est inférieure à 0,1 %, la dureté peut aller de 300 à 600 (pas plus de 5 sur l’échelle de Mohs). Mais dès 0,2 % d’oxygène, des duretés proches de 1000 (autour de 6,5) sont possibles.

 

Comment une teneur aussi faible peut-elle changer à ce point la dureté du chrome ?

 

Il s’agit d’un phénomène bien connu en métallurgie : le durcissement structural.

Les métaux sont formés de cristaux. Un cristal n’est pas un objet parfait. Il présente de nombreux défauts qui jouent un rôle décisif sur certaines propriétés comme la résistance mécanique. La dureté d’un métal est liée à la présence de dislocations, c’est à dire des plans atomiques incomplets. Ces dislocations sont plus ou moins mobiles et ce sont elles qui expliquent la ductilité des métaux. Dans le cas du chrome, de minuscules cristaux d’oxyde de chrome peuvent se former sur les dislocations et bloquer leur mouvement. C’est ce qui explique la dureté élevée de certains revêtements de chrome. Le recuit a pour effet de disperser ces oxydes et de rendre leur liberté aux dislocations.

 

Cette fois l’histoire tient à peu près debout.

Le chrome pur n’est pas spécialement dur.

La dureté de 4,5 des techniques de l’ingénieur correspond à du chrome de haute pureté. On peut même descendre à 3,5 après un traitement thermique adéquat.

Dans les dépôts électrolytiques, on cherche souvent une dureté plus élevée qui peut atteindre 6,5 grâce à un effet de durcissement structural et à une faible teneur en oxygène. C’est le cas des procédés dits de « chromage dur ».

 

Mais alors, pourquoi wikipedia va-t-il jusqu’à 8,5 ?

 

L’explication de Latruf est peut-être la bonne même si elle nous éloigne du métal…

 

Il y a 8 heures, Latruf a dit :

oxyde de chrome, Cr 2 O 3, et l'oxyde que j'utilise pour Polir le jade, les grenats.

d'après le fabricant la dureté est de 8,5 

 

 

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Il faut aussi regarder du côté des ferrochromes.

 

Les ferrochromes sont des alliages obtenus directement par réduction de minerais mixtes tels que la chromite FeCr2O4.

La réduction se fait en présence de carbone et on obtient un alliage qui contient environ deux fois plus de chrome que de fer avec une teneur en carbone qui peut aller de 0 à 8 %, le plus souvent autour de 6 %.

 

Le chrome présente une grande affinité pour le carbone qui se retrouvera essentiellement sous forme de carbures.

Ne pas oublier que le carbone est beaucoup plus léger que le chrome. Un carbure tel que Cr7C3 ne contient que 9 % de carbone en masse. Un ferrochrome à 6 % de carbone contient plus de carbure que de métal.

La dureté Vickers de Cr7C3 peut atteindre 2000 ce qui approcherait des 8,5 sur l ‘échelle de Mohs.

La dureté des ferrochromes est celle des carbures, pas celle des métaux.

 

Un ferrochrome peut sans problème rayer du quartz.

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En résumé :

le chrome pur n’est pas un métal très dur, de l’ordre de 4,5 sur l’échelle de Mohs pouvant même descendre à 3,5 avec un traitement thermique adéquat.

Les revêtements électrolytiques de chrome peuvent atteindre une dureté de 6,5 par un effet de durcissement structural.

Des duretés supérieures à 6,5 pour du chrome métallique semblent peu probables.

Il existe en revanche divers composés de chrome particulièrement durs : oxydes, carbures, nitrures qui peuvent entretenir une certaine confusion.

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