Fragilisation par l'hydrogène des boulons en acier allié (3)
5 Moyens techniques pour éviter la fracture par fragilisation par l'hydrogène des boulons en acier allié
La prévention de la fracture par fragilisation par l'hydrogène des boulons en acier allié nécessite une réflexion approfondie basée sur le mécanisme de la fracture par fragilisation par l'hydrogène. Selon la résistance à la traction requise, le matériau approprié et le processus de fabrication correspondant. 6.1 ion de boulons filetés MJ L'ion de boulons filetés MJ peut non seulement améliorer la capacité du boulon à résister aux charges dynamiques, mais également améliorer la capacité du boulon à résister à la fragilisation par l'hydrogène. La réduction de la concentration de contraintes joue un rôle important dans la réduction de la sensibilité des boulons à la fragilisation par l'hydrogène. Par conséquent, lors du filetage des boulons, essayez d'utiliser des filetages MJ avec un rayon d'arc plus grand au bas du filet. Le rayon d'arc inférieur du filetage MJ est compris entre 0,15042P et 0,18011P,
La technologie de traitement des boulons filetés MJ présente trois caractéristiques: ①Le filetage doit être mis en forme après le traitement thermique final; ②La tête du boulon doit être renversée et formée; ③Le congé inférieur de la tête de boulon doit être laminé à froid après le traitement thermique final. Ces techniques de traitement peuvent éliminer efficacement les défauts de matériau sur la surface du boulon et augmenter la contrainte de compression résiduelle sur la surface du boulon. En conséquence, il peut jouer un rôle important dans la réduction de la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène du boulon.
5.2 Choisir une technologie de traitement raisonnable et adopter des mesures préventives strictes
Étant donné que la valeur critique de la résistance à la traction pour la fracture par fragilisation par l'hydrogène est de 1050 MPa, pour les boulons dont le niveau de résistance est inférieur à 1000 MPa, qu'ils soient galvanisés ou non, la fragilisation par l'hydrogène n'est pas prise en compte. Pour les boulons en acier allié (tels que 30CrMnSiA) avec une résistance à la traction supérieure à 1000 MPa, tant que les processus normaux de traitement thermique, de galvanoplastie et d'élimination de l'hydrogène sont utilisés conformément aux exigences des normes pertinentes, la fragilisation par l'hydrogène peut être complètement évitée.
Afin de réduire le degré de perméation de l'hydrogène et d'améliorer l'effet de l'élimination de l'hydrogène, des mesures doivent être prises à partir des aspects suivants.
5.2.1 Traitement thermique
La martensite trempée a un impact plus important sur la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène, de sorte que la température du traitement thermique peut être ajustée de manière appropriée pendant le traitement thermique pour réduire la formation de martensite trempée. Par exemple, l'utilisation de la trempe austère augmentera le seuil de fracture par fragilisation par l'hydrogène d'environ 100 MPa. En effet, la structure bainitique inférieure produite par trempe austère est moins sensible à la fragilisation par l'hydrogène que la martensite tempérée.
Parfois, un gaz de protection est ajouté au four de chauffage pour empêcher la formation de tartre d'oxyde sur les pièces. Cependant, si le gaz protecteur contient de l'hydrure (tel que du gaz de craquage au méthanol, du gaz RX, etc.), l'hydrure sera décomposé en hydrogène après chauffage, ce qui provoquera une perméation à l'hydrogène et augmentera le risque de fragilisation par l'hydrogène. Par conséquent, il n'est pas conseillé d'utiliser un gaz protecteur contenant de l'hydrure dans le processus de traitement thermique. Si les conditions le permettent, il est préférable d'utiliser un four sous vide pour la trempe et le revenu.
Selon la norme de l'industrie aérospatiale QJ 451-1988 «Exigences techniques de contrôle de la qualité pour les pièces (pièces) avant placage», toutes les pièces ayant une résistance à la traction supérieure à 1050 MPa mais inférieure ou égale à 1450 MPa doivent être soumises à un traitement de détente, et le la température de chauffage spécifique est de 190 ℃ ～ 210 ℃, le temps est de 1 h. La contrainte se réfère ici à la contrainte de traction résiduelle provoquée par le traitement thermique, et ne doit pas inclure la contrainte de compression résiduelle provoquée par le fil roulé ou le coin arrondi de la tête laminée à froid après traitement.
5.2.2 Décapage
Bien que le décapage ne soit pas le principal processus de perméation de l'hydrogène, s'il n'est pas bien contrôlé, l'hydrogène pénètre dans les boulons. Par conséquent, de nombreuses normes insistent sur l'interdiction du décapage avec un acide fort avant le placage et sur l'utilisation d'un décapage à l'acide faible ou d'un grenaillage à la place.
5.2.3 Galvanoplastie
La galvanoplastie est le principal processus permettant aux boulons d'absorber l'hydrogène, et un contrôle strict du processus de galvanoplastie est la principale mesure pour empêcher la fragilisation des boulons par l'hydrogène.
Le choix de différents procédés de galvanoplastie en fonction de la résistance à la traction des boulons est l'un des moyens d'éviter la fracture par fragilisation par l'hydrogène. Pour les boulons 30CrMnSiA avec une résistance à la traction supérieure à 1080MPa, un placage de zinc ordinaire ou un placage de cadmium peut être utilisé.
Pour les boulons en acier allié avec une résistance à la traction supérieure à 1250 MPa, bien que des procédés ordinaires de placage au zinc ou au cadmium puissent également être utilisés, un contrôle de processus plus strict doit être adopté. La norme ISO 5857: 1988 "Aerospace Strength Grade 1250MPa MJ Threaded Alloy Steel Visuding Head Bolts Procurement Specification" stipule que les boulons de produit doivent subir un test d'endurance de contrainte, c'est-à-dire que 75% de la charge de traction minimale de rupture est appliquée aux boulons pendant 23 heures, et les boulons ne doivent pas se casser. Ou détruisez. GB / T 3098.1-2010 "Propriétés mécaniques des boulons, vis et écrous de fixation" rappelle aux utilisateurs qu'ils doivent être prudents lorsqu'ils envisagent d'utiliser des boulons de grade 12.9 ou supérieur.
Selon le "Prohibited (Limited) Process Catalog for Aerospace Products" (voir Tian Technology [2004] n ° 42), pour les boulons ayant une résistance à la traction supérieure à 1300 MPa, la galvanoplastie au zinc ou au cadmium n'est pas autorisée, mais la galvanoplastie à faible fragilisation par l'hydrogène peut être utilisé. Artisanat. La galvanoplastie à faible fragilisation par l'hydrogène est un type de processus développé pour la fragilisation par l'hydrogène des pièces d'aéronefs dans les années 1960 et 1970, y compris le placage de cadmium à faible fragilisation par l'hydrogène, le placage de cadmium-titane à faible fragilisation par l'hydrogène et le placage de zinc-nickel à faible fragilisation par l'hydrogène. Exigences de galvanoplastie à faible fragilisation par l'hydrogène: revenu de détente avant placage, sablage au lieu de décapage ou traitement thermique sous vide. Dans le processus de galvanoplastie, d'une part, la formulation du bain est ajustée, et d'autre part,
Le titane plaqué au cadmium est un ensemble de processus de galvanoplastie à faible fragilisation par l'hydrogène formé par le reformage, l'amélioration et l'amélioration de processus similaires dans des pays étrangers au cours du siècle dernier. Le titane a un fort effet d'adsorption sur l'hydrogène. Il peut adsorber l'hydrogène à la surface du produit et empêcher l'hydrogène de pénétrer dans le substrat. Par conséquent, le titane plaqué au cadmium à faible fragilisation par l'hydrogène a grandement contribué à résoudre le problème de la fragilisation par l'hydrogène, et il est encore largement utilisé dans l'industrie aéronautique. . Cependant, il est rarement utilisé dans l'industrie aérospatiale en raison de son fonctionnement strict et de son coût élevé, et pratiquement aucune ligne de production n'a été établie.
Dans l'industrie aérospatiale, le procédé de placage d'alliage zinc-nickel à faible fragilisation par l'hydrogène et le procédé de placage au cadmium à faible fragilisation par l'hydrogène ont été réalisés dans une petite plage dans les années 1980, et la norme de l'industrie aérospatiale QJ 1824-1989 "Alliage zinc-nickel conditions techniques de revêtement ", QJ 2217-1992" Spécification de processus de cadmium de fragilisation par l'hydrogène faible ".
Bien entendu, pour les boulons ayant une résistance à la traction supérieure à 1500 MPa, un placage à faible fragilisation par l'hydrogène est également risqué. Une fracture par fragilisation par l'hydrogène se produit de temps en temps. Si vous souhaitez éviter complètement le risque de fragilisation par l'hydrogène, vous pouvez utiliser un procédé de revêtement sans fragilisation par l'hydrogène ou le changer. Utilisez d'autres matériaux résistants à la corrosion.
En outre, conformément aux dispositions de la norme ISO 9587 «Revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques pour réduire le risque de prétraitement des produits en acier de fragilisation par l'hydrogène», les boulons doivent être soumis à un traitement de détente avant galvanoplastie.
5.3 Élimination de l'hydrogène
L'élimination de l'hydrogène consiste à mettre les boulons dans un four à environ 200 ° C pour la cuisson, de sorte que l'hydrogène dans les boulons soit combiné en molécules d'hydrogène et s'échappe. La clé pour améliorer l'effet de l'élimination de l'hydrogène est la suivante: premièrement, éliminer l'hydrogène à temps après le placage; deuxièmement, maintenez la température d'élimination de l'hydrogène aussi élevée que possible; troisièmement, le temps d'élimination de l'hydrogène devrait être suffisamment long.
L'élimination en temps opportun de l'hydrogène après le placage a une grande influence sur l'amélioration de l'effet de l'élimination de l'hydrogène. La norme générale stipule que pas plus de 4 heures après le placage, et certaines normes d'entreprises étrangères stipulent que l'hydrogène doit être éliminé dans les 3 heures. En fait, de nombreuses entreprises ont réduit l'intervalle de temps entre la galvanoplastie et l'élimination de l'hydrogène à moins d'une heure afin d'améliorer l'effet de l'élimination de l'hydrogène.
Plus la température d'élimination de l'hydrogène est élevée, meilleur est l'effet d'élimination de l'hydrogène, mais il ne peut pas s'approcher ou atteindre la température de revenu du matériau, sinon les performances du matériau seront affectées.
Le temps d'élimination de l'hydrogène doit être différent en fonction de la résistance du boulon. Plus la résistance est élevée, plus le temps d'élimination de l'hydrogène est long. Selon les normes pertinentes (telles que QJ 452), la température d'élimination de l'hydrogène des boulons 30CrMnSiA doit être de 190 ℃ ~ 210 ℃ et le temps d'élimination de l'hydrogène ne doit pas être inférieur à 8 h.
Il convient de noter que si le temps d'élimination de l'hydrogène est trop court, non seulement cela ne contribuera pas à réduire la teneur en hydrogène, mais augmentera la teneur en hydrogène. La figure 9 montre la relation entre le temps d'élimination de l'hydrogène et le taux de fragilisation des pièces après placage dans différents bains. On peut voir à partir de la figure 9 que le taux de fragilisation pendant 2 h à 4 h d'élimination de l'hydrogène est plus élevé que celui sans élimination de l'hydrogène. En effet, la concentration d'hydrogène absorbée par la couche superficielle de la pièce est la plus importante après la galvanoplastie. Au début de la cuisson, l'hydrogène adsorbé en surface diffuse et déborde rapidement dans l'air d'une part, et accélère pour se diffuser dans le métal d'autre part.
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5.4 Revêtement sans fragilisation par l'hydrogène
L'utilisation d'une technologie de revêtement sans fragilisation par l'hydrogène est une technologie permettant d'éviter complètement la fragilisation par l'hydrogène. Des années 1960 aux années 1980, les États-Unis, l'Allemagne, la France, le Japon et d'autres pays ont développé des revêtements sans fragilisation par l'hydrogène. Ces revêtements n'ont pas besoin d'adopter l'électrodéposition cathodique et il n'y a pas de processus d'absorption d'hydrogène, ils sont donc appelés "revêtements de fragilisation sans hydrogène". Ils peuvent être utilisés pour les revêtements de boulons tels que la galvanisation mécanique, le sherardisation par poudre, le revêtement Dacromet, etc.
