Fragilisation par l'hydrogène des boulons en acier allié (2)
3 Matériaux, teneur en hydrogène et fracture par fragilisation par l'hydrogène
3.1 Valeur seuil de fragilisation des matériaux par l'hydrogène
Le matériau doit contenir une quantité suffisante d'hydrogène pour que les microfissures dans le matériau puissent continuer à se dilater et à s'étendre. Cependant, comme la teneur en hydrogène est étroitement liée aux deux autres éléments, on ne peut pas dire que la fragilisation par l'hydrogène se produira après que la teneur en hydrogène atteigne une certaine valeur, ni que la fragilisation par l'hydrogène ne se produira pas lorsque la teneur en hydrogène répondra à un certaine valeur. En d'autres termes, une certaine teneur en hydrogène peut provoquer une fracture par fragilisation par l'hydrogène de matériaux sensibles à une forte fragilisation par l'hydrogène, mais elle peut provoquer une fracture par fragilisation par l'hydrogène de matériaux sensibles à une faible fragilisation par l'hydrogène. En d'autres termes, la valeur seuil de la fragilisation par l'hydrogène de différents matériaux est différente.
Certaines personnes pensent que la fracture par fragilisation par l'hydrogène se produira lorsque la teneur en hydrogène de l'acier atteindra 5 ppm à 10 ppm (5 × 10 -6 à 10 × 10 -6), mais en fait, même si elle dépasse 10 ppm (10 × 10 - 6), il se peut que la fracture par fragilisation par l'hydrogène ne se produise pas; et une fracture par fragilisation par l'hydrogène peut se produire même si la teneur en hydrogène est comprise entre 1 ppm et 2 ppm (1 × 10-6 × 2 × 10 -6). En effet, la teneur en hydrogène n'est pas le seul facteur qui provoque la fracture par fragilisation par l'hydrogène. Tant qu'il est fortement concentré dans la zone de concentration de contrainte sensible ou dans la zone de défaut de matériau, il provoquera une pression suffisante pour casser le matériau, et l'échantillonnage pendant la mesure de l'hydrogène n'est généralement pas dans la zone de concentration de pression ou dans la zone de défaut de matériau du matériau. Par conséquent, pour les matériaux en acier allié,
3.2 Contrainte de traction statique ultime supportée par le matériau
La contrainte est la force motrice de l'expansion et de l'extension des micro-fissures dans le matériau, et elle dépend de la contrainte subie par le matériau. Si le matériau n'est pas soumis à une contrainte externe (comme un boulon placé mais non chargé), la fracture par fragilisation par l'hydrogène ne se produira généralement pas, même pour les matériaux sensibles à haute teneur en hydrogène. Plus la contrainte est élevée, plus le taux de croissance des microfissures est rapide et plus le temps de fracture différée est court. Étant donné que la croissance des microfissures prend un certain temps, la contrainte doit être statique ou appliquée lentement.
La contrainte mentionnée ici doit être une contrainte de traction, non une contrainte de compression, et la contrainte générée par une charge statique ou une charge appliquée lentement. Cette contrainte de traction comprend non seulement la contrainte de traction lorsque le matériau est soumis à une charge externe, mais également la contrainte de traction résiduelle générée par le matériau lors de l'usinage et du traitement thermique.
4 affectent le processus d'absorption d'hydrogène et de retrait des boulons en acier allié
L'appendice A de l'ISO 4042: 1999 "Couche de galvanoplastie des éléments de fixation" stipule: dans le traitement thermique, la carburation des gaz, le nettoyage, l'emballage, le traitement de phosphatation, la galvanoplastie, le processus de traitement autocatalytique et dans l'environnement de travail, en raison de l'effet négatif de la protection cathodique, ou réaction de corrosion, l'hydrogène peut pénétrer dans le substrat. Pendant le traitement, de l'hydrogène peut également entrer, comme le laminage des filets, le grillage dû à une mauvaise lubrification pendant l'usinage et le perçage, et les processus de soudage ou de brasage. On peut voir que dans tout le processus de fabrication des boulons, il existe une possibilité d'absorption d'hydrogène ou un processus qui affecte l'absorption d'hydrogène.
Combiné avec le processus de fabrication de boulons en acier allié, le principal moyen pour l'hydrogène d'entrer dans la matrice d'acier allié est la galvanoplastie, suivie du décapage. De plus, le principal processus qui affecte l'absorption d'hydrogène est le traitement thermique.
a) La galvanoplastie est l'une des méthodes de traitement de surface les plus couramment utilisées pour les boulons en acier, et c'est également le principal moyen pour les boulons d'absorber l'hydrogène. Le processus de galvanoplastie est un processus d'électrodéposition cathodique. Pendant la galvanoplastie, le matériau de revêtement (prenez la plaque de zinc comme exemple) est utilisé comme anode et la partie plaquée est utilisée comme cathode. Sous l'action d'un fort courant, les ions métalliques de placage chargés positivement (comme le Zn ++) quitteront la plaque métallique de l'anode, se déplaceront vers la pièce à plaquer (comme le montre la figure 4) et se déposeront sur la surface du partie plaquée pour former une couche de galvanoplastie brillante compacte. Lors de la formation de la couche déposée, les ions hydrogène (H +) dans le bain d'acide se déplaceront également vers la cathode pour y plaquer les pièces sous l'action du courant. La plupart des ions hydrogène rassemblés à la surface de la cathode se combinent pour former des molécules d'hydrogène et débordent, tandis qu'une partie d'entre eux pénètre dans le matériau de la matrice sous l'action forte de la tension. En raison de la faible affinité entre les atomes de fer et l'hydrogène, l'hydrogène entrant dans la matrice existe souvent dans l'acier allié sous forme d'ions, et est libre dans le matériau selon les règles décrites ci-dessus.
b) L'oxydation chimique de surface (communément appelée "bleue" ou "noire") elle-même ne provoquera pas d'absorption excessive d'hydrogène et ne provoquera pas de fragilisation et de fissuration par l'hydrogène, mais le "prétraitement" de l'oxydation chimique nécessite généralement un décapage. Si le décapage n'est pas contrôlé correctement, cela entraînera une fragilisation par l'hydrogène. Le dénommé décapage consiste à immerger les pièces traitées thermiquement dans une solution d'acide faible pendant un certain temps pour éliminer le tartre, la rouille et autres saletés causées par le traitement thermique. Pendant le décapage, les ions hydrogène et les atomes d'hydrogène dans l'acide faible pénétreront également dans la matrice du matériau, mais comme il n'y a pas d'action de courant, l'hydrogène qui pénètre dans la matrice du matériau est assez limité, ce qui ne provoque généralement pas de fragilisation et de fracture par l'hydrogène. . cependant, si le matériau est extrêmement sensible à la fragilisation par l'hydrogène (comme l'acier à très haute résistance et l'acier à ressort), la concentration d'acide dans le bain est élevée et le temps d'immersion est trop long, beaucoup d'hydrogène pénètrera dans la matrice du matériau , ce qui provoquera une fragilisation par l'hydrogène. .
c) Le traitement thermique (généralement trempe et revenu) est effectué à des températures élevées. Afin d'éviter que la surface du boulon ne s'oxyde pendant le traitement thermique, une protection de l'atmosphère est souvent utilisée. Si l'atmosphère protectrice contient des composés d'hydrogène (tels que le méthanol, le méthane) ou si le milieu de trempe contient des composés d'hydrogène, il est possible d'absorber de l'hydrogène pendant le traitement thermique. La contrainte résiduelle du boulon après traitement thermique a un effet très évident sur la fragilisation par l'hydrogène. Si la contrainte résiduelle n'est pas éliminée, le boulon est plus susceptible d'absorber de l'hydrogène et il est plus difficile d'éliminer l'hydrogène.
L'élimination de l'hydrogène, également appelée «entraînement de l'hydrogène», utilise la réversibilité de l'hydrogène libre dans le métal pour éliminer l'hydrogène des matériaux sensibles à l'hydrogène. Lors de l'élimination de l'hydrogène, les boulons après la galvanoplastie et avant la passivation sont chauffés à une certaine température et maintenus pendant un certain temps, de sorte que l'hydrogène dans le matériau se rassemble pour former des molécules d'hydrogène et s'échapper. Facteurs affectant l'effet de l'élimination de l'hydrogène: l'un est l'intervalle de temps entre la fin de la galvanoplastie et le début de l'élimination de l'hydrogène; le second est la température d'élimination de l'hydrogène; le troisième est le moment de l'élimination de l'hydrogène. D'une manière générale, plus l'élimination de l'hydrogène est rapide après le placage, plus la température d'élimination de l'hydrogène est élevée et plus le temps d'élimination de l'hydrogène est long, meilleur est l'effet d'élimination de l'hydrogène.
