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Fragilisation par l’Hydrogène
Les défaillances imprévues des vis causent des dommages au produit final et des coûts élevés. Il existe de nombreuses raisons de provoquer une rupture de vis, et la fragilisation par l’hydrogène pourrait en être une.
La fragilisation par l’hydrogène est une perte permanente de la ductilité dans un métal ou alliage causée par l’emprisonnement d’atomes d’hydrogène dans la structure qui, en combinaison avec une charge ou contrainte de traction, peut conduire à une rupture après un certain temps (rupture retardée).
La défaillance d’une vis causée par une fragilisation par l’hydrogène ne se produit qu’à un certain temps après l’installation (rupture retardée) et pour les vis exposées à des contraintes de traction.
La rupture retardée peut se produire après quelques heures ou les jours suivants et sans signes visibles. Il ne se produira pas immédiatement après l’installation ou des mois plus tard.
La fragilisation par l’hydrogène est classée en deux types principaux en fonction de la source d’hydrogène. Fragilisation Interne par l’Hydrogène, causée par l’hydrogène résiduel absorbé pendant la fabrication de l’acier et/ou lors d’étapes de traitement telles que les processus de nettoyage acide et d’électrodéposition.
Fragilisation Environnementale par l’Hydrogène, causée par l’hydrogène introduit dans le métal à partir des sources externes lorsqu’il est soumis à des contraintes, comme une fixation en service.
1. Pourquoi la défaillance de fragilisation par l’hydrogène se produit-elle ?
2. Comment se déroule le processus de fragilisation par l’hydrogène ?
3. Comment minimiser le risque de fragilisation interne par l’hydrogène d’une vis ?
4. Comment CELO peut aider à prévenir la Fragilisation par l’Hydrogène dans vos assemblages ?
Pourquoi la défaillance de fragilisation par l’hydrogène se produit-elle ?
Trois conditions élémentaires doivent être présentes simultanément pour provoquer une défaillance de fragilisation par l’hydrogène. Ces conditions sont illustrées dans le diagramme de Venn:
Vous avez encore des doutes ? Laissez-nous vous aider à réduire les risques
Comment se déroule le processus de fragilisation par l’hydrogène ?
La fragilisation par l’hydrogène se produit généralement via un processus en 3 étapes :
1. Absorption d’hydrogène: A température ambiante, les atomes d’hydrogène peuvent être absorbés par les alliages d’acier au carbone au cours de divers processus, tels que le processus de fabrication lié au nettoyage acide, l’électrodéposition ou l’exposition à des environnement contenant de l’hydrogène.
2. Diffusion: Les atomes d’hydrogène absorbés sont très mobiles et peuvent se diffuser dans les zones les plus sollicitées telles que les limites de grain, les dislocations, les inclusion …L’hydrogène forme des vides aux limites des grains métalliques. Le résultat de la diffusion d’hydrogène dans le matériau est une perte de ductilité, ce qui le rend plus fragile et plus susceptible de se fissurer.
3. Fragilisation: Avec suffisamment de temps, lorsque la vis est exposée à une contrainte de traction élevée, ces vides exercent une pression supplémentaire sur les grains métalliques, formant des fissures initiales qui se développent le long des joints de grain affaiblis jusqu’à que la vis se casse finalement. Ce processus est connu sous le nom de fissuration intergranulaire.
1. Absorption d’hydrogène
2. L’hydrogène dans les sites préférentiels comme les joints de grains, les dislocations ou les impuretés.
3. Attaque les croissances et conduit à la fissuration sous contrainte
Lorsqu’une fissure est initiée sous une contrainte de traction, il y a une forte concentration de contrainte à l’extrémité de la fissure. Si une quantité suffisante d’hydrogène est disponible, il interagit avec l’extrémité de la fissure et déclenche la propagation de la fissure. (Fig 1.)
Comment minimiser le risque de fragilisation interne par l’hydrogène d’une vis ?
La fragilisation par l’hydrogène n’est ni visible ni prévisible, bien que les processus de fabrication soient optimisés pour minimiser le risque de fragilisation par l’hydrogène, il n’existe aucune méthode de production qui puisse garantir son élimination complète.
- Les normes pour les vis galvanisées ISO4042 et ASTMF1941/F1941M classent les fixations sensibles nécessitant un processus de dégazage comme celles ayant une dureté minimale spécifiée à 390HV. Le processus de dégazage est spécifié par la norme ISO 4042 à une température de 190°C à 230°C jusqu’à 24 heures (selon la taille et la résistance/dureté de la vis). Ce processus n’éliminera pas complètement la fragilisation interne de l’hydrogène, mais réduira considérablement son risque. (Fig. 2).
Le processus d’électrodéposition génère de l’hydrogène qui peut être absorbé par la vis. L’objectif du processus de dégazage est d’extraire le plus d’hydrogène possible par effusion et de migrer le reste pour piéger les sites dans la structure en acier pour la rendre immobile. Cela réduira la quantité d’hydrogène mobile qui cause sa fragilisation.
- Pour les vis présentant un risque élevé de fragilisation par l’hydrogène dans les applications à exigences mécaniques élevées, il est recommandé d’utiliser des revêtements organiques dans lesquels aucun processus d’électrolyse n’est effectué pendant le processus de revêtement.
Comment CELO peut aider à prévenir la Fragilisation par l’Hydrogène dans vos assemblages ?
La rupture par fragilisation par l’hydrogène se produit de manière imprévisible. Des efforts pour l’empêcher doivent être faits pendant la phase de conception et de fabrication.
Les ingénieurs d’application CELO peuvent aider nos clients à prévenir les ruptures par fragilisation par l’hydrogène dans leurs assemblages en :
- Recommandant le matériau le moins sensible à la fragilisation par l’hydrogène.
- Optimisant la conception des assemblages pour réduire les contraintes de traction, de cisaillement et de flexion.
- Choisissant le revêtement de la vis le plus adapté répondant à vos exigences de corrosion et réduisant le risque de fragilisation par l’hydrogène de vos assemblages.
De nombreux revêtements populaires comme le zingage (ASTMB633) créent une barrière autour de la vis qui ne permet pas à l’hydrogène de se diffuser facilement hors de la vis. Des revêtements plus poreux assureront une plus grande diffusion de l’hydrogène, minimisant les risques de fragilisation.
Nous savons comment vous aider
Nos ingénieurs d’application peuvent vous aider à choisir le meilleur revêtement répondant aux exigences de corrosion.
TEST de détection de fragilisation par l’hydrogène
La norme internationale ISO 15330:1999 décrit la procédure de détection de la fragilisation par l’hydrogène des vis à température ambiante. Le but de cet essai est d’introduire un niveau de contrainte qui peut accélérer le processus de fragilisation et révéler une susceptibilité à la fissuration induite par l’hydrogène.
Chez CELO, nous effectuons cet essai dans notre laboratoire. Doit être commandé à l’avance, demandé lors de la conception de la vis.