Fragilisation par l'hydrogène des boulons en acier allié (5)
5.5 Utiliser des matériaux résistants à la corrosion pour fabriquer des boulons
Le plus grand avantage de l'utilisation de matériaux résistants à la corrosion pour fabriquer des boulons est qu'il n'y a pas besoin de placage, ce qui évite complètement la menace de fragilisation par l'hydrogène. Sur les véhicules aérospatiaux des pays européens et américains, un grand nombre de matériaux ne nécessitant pas de galvanoplastie sont utilisés pour fabriquer des boulons. Ces matériaux comprennent:
● Alliage à base de fer A286 (GH2132) avec un niveau de résistance de 1100MPa;
● Alliage à base de nickel wasploy (GH738) avec un niveau de résistance de 1250MPa;
● Inconnel 718 (GH4169), un alliage à base de nickel avec un niveau de résistance de 1550 MPa;
● Alliage nickel-cobalt MP35N (GH159) avec un niveau de résistance de 1800MPa;
● Acier inoxydable durcissant par précipitation à très haute résistance.
À l'heure actuelle, les conditions nationales ont satisfait aux conditions d'utilisation de matériaux résistant à la corrosion pour fabriquer des boulons à haute résistance. Les matériaux couramment utilisés pour la fabrication de boulons ayant une résistance à la traction d'environ 1100 MPa sont le superalliage GH2132 et l'alliage de titane TB3, TC4, etc.
L'alliage haute température GH2132 (homologue étranger A286) est un superalliage à base de fer avec une excellente résistance à la corrosion, des performances à haute température et des performances à ultra-basse température. Il présente une limite d'élasticité, une résistance à l'endurance et une résistance au fluage élevées à une température élevée de 650 ° C. Après traitement thermique, la résistance à la traction (à température normale) est supérieure à 920 MPa et l'allongement (δ5) n'est pas inférieur à 15%. L'Institut des matériaux aéronautiques a également formulé la spécification spéciale Q / 6S 1032-1992 "YZGH2132 Alloy Rods for High-Temperature Fasteners", qui a une résistance à la traction allant jusqu'à 1100 MPa. À l'heure actuelle, ce matériau est largement utilisé dans l'industrie aérospatiale pour fabriquer des boulons et des écrous autobloquants, non seulement à température ambiante, mais aussi à haute température (650 ° C) et ultra-basse température (-196 ° C).
La résistance à la corrosion des alliages de titane TB3 et TC4 est très bonne, et la résistance après solution solide et vieillissement peut atteindre 1100 MPa. Etant donné que la galvanoplastie n'est pas nécessaire, une fracture retardée par fragilisation par l'hydrogène ne se produit généralement pas, mais si la teneur en hydrogène est trop élevée, elle provoquera une fragilisation du matériau. À l'heure actuelle, l'alliage de titane en tant que matériau de boulon a été largement utilisé dans le domaine aérospatial.
L'alliage haute température à base de nickel GH738 (correspondant aux marques étrangères wasploy) a une résistance élevée à la corrosion, une limite d'élasticité élevée et des performances de fatigue, sans avoir besoin de galvanoplastie. La température de travail est supérieure à 730 ℃. Après traitement thermique, la résistance à la traction à température ambiante est supérieure à 1250 MPa. Les matériaux conformes à Q / 6S 1035-1992 "Barres d'alliage GH738 pour pièces de fixation à haute température" ont été utilisés pour fabriquer des écrous autobloquants à haute température pour les modèles aérospatiaux.
L'alliage à base de nickel à haute température GH4169 (correspondant à l'Inconel 718 à l'étranger) a de bonnes performances complètes dans des conditions de températures élevées et basses, la limite d'élasticité inférieure à 650 ℃ se classe au premier rang parmi toutes sortes de superalliages, et a une bonne résistance à la fatigue, résistance aux rayonnements et la résistance à l'oxydation, la résistance à la corrosion et de bonnes performances de traitement sont des matériaux couramment utilisés pour les structures de véhicules aérospatiaux, ainsi que des matériaux couramment utilisés pour la fabrication de fixations. Après que l'alliage a subi un traitement normal de vieillissement à chaud et de vieillissement en solution solide, la résistance à la traction peut atteindre plus de 1280 MPa et l'allongement (δ5) peut atteindre plus de 15%. Si le processus de déformation à froid approprié est ajouté, la résistance à la traction du matériau peut être augmentée à plus de 1550 MPa, et l'allongement (δ5) est supérieur à 8%. La surface de la pièce est généralement prête à l'emploi après traitement de passivation, sans galvanoplastie. L'utilisation de l'alliage GH4169 pour fabriquer des boulons peut non seulement éviter complètement le problème de fragilisation par l'hydrogène des boulons, mais également résoudre l'adaptabilité des boulons aux environnements à haute et basse température. À cette fin, l'Institut des matériaux aéronautiques a publié la norme d'entreprise Q / 6S 1034-1992 "GH4169 Alloy Bars for High Temperature Fastening Parts".
L'acier inoxydable à durcissement par précipitation est un type d'acier inoxydable à haute résistance qui peut être renforcé par traitement thermique. Après un traitement thermique adéquat (y compris un traitement cryogénique), la résistance à la traction de ce type de matériau peut atteindre plus de 1400 MPa, voire plus de 1600 MPa, et il présente également une assez bonne ténacité. Les américains 17-7PH, 17-5Mo, etc. appartiennent à ce type de matériau. 0Cr12Mn5Ni4Mo3Al est un alliage à faible teneur en nickel développé indépendamment par mon pays des années 60 aux années 70, communément appelé «69111». L'alliage est un acier inoxydable semi-austénitique à durcissement par précipitation à transformation de phase contrôlée. Sa résistance à la corrosion se situe entre l'acier inoxydable austénitique et l'acier inoxydable martensitique. Après traitement thermique, la résistance à la traction peut atteindre plus de 1600MPa et l'allongement (δ5) atteindre plus de 14%, et le retrait de surface (ψ) peut atteindre plus de 50%. Des tests préliminaires montrent que l'acier inoxydable 69111 a non seulement une résistance à la traction élevée, mais également de bonnes propriétés de plasticité, de ténacité et de fatigue. Il peut devenir un matériau idéal pour la fabrication de boulons à très haute résistance. Il a été approuvé comme norme de boulon de l'industrie aérospatiale.
La fracture de fragilisation par l'hydrogène des matériaux métalliques est un processus complexe de changements physiques et chimiques. Il existe encore de nombreux problèmes qui obligent les gens à continuer d'explorer et d'étudier. Cependant, tant que nous comprenons les mécanismes de base et les lois de la fracture de fragilisation par l'hydrogène du boulon et que nous prenons les précautions nécessaires avec soin, nous pouvons définitivement empêcher la fracture de fragilisation par l'hydrogène du boulon et éliminer les risques cachés de qualité des équipements mécaniques.
