Fragilisation par l'hydrogène des fixations après traitement thermique

La fragilisation des fixations par l'hydrogène est due à la pénétration d'atomes d'hydrogène dans le matériau au début du traitement. Dans la plupart des cas, les fixations subissent une fragilisation par l'hydrogène sous des charges de traction statiques. La fragilisation par l'hydrogène est moins susceptible de se produire lors d'essais de matériaux à grande vitesse, tels que des essais de traction ordinaires. Les atomes d'hydrogène diffusent généralement dans le matériau comme des zones soumises à des contraintes triples. Le niveau de contrainte dans le matériau et le degré d’accumulation d’hydrogène dans le système affecteront le rapport de diffusion de l’hydrogène vers le site du piège. L'accumulation d'hydrogène dans la position du piège réduira la contrainte de rupture du matériau, entraînant la formation de fissures, la propagation de fissures et la rupture du matériau. L'expansion de l'hydrogène dans les fixations soumises à une charge statique peut être directement observée par le délai actuel de rupture par fragilisation par l'hydrogène. En raison de la tendance du matériau à la fragilisation par l'hydrogène, de la quantité totale du matériau, du taux de diffusion de l'hydrogène et du niveau de contrainte de rotation, le délai de rupture par fragilisation par l'hydrogène varie considérablement, allant de quelques minutes à plusieurs jours ou semaines.

Si la fixation a déjà été en contact avec un environnement contenant des atomes d'hydrogène pendant le traitement, il peut s'agir d'une fragilisation par l'hydrogène. Tout traitement produisant de l'hydrogène au cours de la réaction chimique de l'acier permettra à l'hydrogène de pénétrer dans le matériau, augmentant ainsi la tendance du matériau à la fragilisation par l'hydrogène. Les fixations en acier utilisées dans l'industrie automobile seront en contact direct avec des atomes d'hydrogène actif dans des conditions de traitement de revêtement par conversion chimique telles que la corrosion environnementale, l'élimination de l'huile électrolytique cathodique, la désoxydation acide, le nettoyage chimique, le noircissement et la galvanoplastie. . Étant donné que le processus de galvanoplastie produira de l’hydrogène, c’est lui qui aura le plus grand effet sur l’absorption de l’hydrogène par les fixations en acier. La quantité totale d'hydrogène absorbée pendant le processus de galvanoplastie dépend en grande partie de l'efficacité de la solution de galvanoplastie. En général, les procédés de galvanoplastie à haut rendement produisent moins d’hydrogène que les procédés de galvanoplastie à faible rendement. Des facteurs tels qu’une charge excessive ou insuffisante de solution de galvanoplastie dans le tambour de galvanoplastie auront un impact important sur l’efficacité du processus de galvanoplastie. (Guide : Méthodes de traitement de surface des fixations)

D'autres processus qui produisent de l'hydrogène lors de l'interaction avec l'acier, tels que le décapage, le décapage après traitement thermique ou le traitement de pré-placage, ne peuvent également être ignorés. Les recherches de John-son décrivent l’effet de l’immersion dans un acide sur la ténacité de l’acier. L'absorption d'hydrogène pendant le traitement des fixations est cumulative. L'hydrogène introduit dans les pièces par un seul traitement peut ne pas suffire à provoquer une fragilisation par l'hydrogène, mais l'accumulation d'hydrogène introduit dans les pièces par plusieurs processus peut provoquer une fragilisation par l'hydrogène.

Les effets néfastes de l’absorption d’hydrogène pendant la galvanoplastie ou le nettoyage peuvent être éliminés ou réduits pendant le traitement thermique (généralement la cuisson) après la galvanoplastie. La gravité de la fragilisation par l'hydrogène dépend généralement du niveau de résistance ou de l'état de fonctionnement à froid de la fixation. Troiano a un jour donné la relation entre le temps de panne, la teneur en hydrogène et le temps de cuisson. Grâce à la cuisson, l'accumulation d'hydrogène dans le matériau est réduite, et le temps de défaillance et le niveau de contrainte critique inférieur sont prolongés et améliorés. Ici, le niveau de contrainte critique fait référence au niveau de contrainte en dessous duquel la fragilisation par l'hydrogène ne se produira pas, similaire à la limite de fatigue.

Le fait que le temps de cuisson soit suffisant dépend principalement du niveau de dureté du matériau, du processus de galvanoplastie, du type de revêtement et de l'épaisseur du revêtement. Les fixations ayant un niveau de dureté inférieur après le traitement de galvanoplastie doivent généralement être cuites pendant moins de 4 heures : le même placage, mais les fixations avec un niveau de dureté plus élevé sont généralement cuites pendant au moins 8 heures. Il a été suggéré que les fixations ayant une dureté comprise entre 3133HRC soient cuites pendant 8 heures ; les attaches d'une dureté comprise entre 33 et 36 HRC doivent être cuites pendant 10 heures : les attaches d'une dureté comprise entre 36 et 39 HRC doivent être cuites pendant 12 heures. Les fixations d'une dureté comprise entre 39 et 43HRC doivent être cuites pendant 14 heures. La formulation du processus de cuisson doit également tenir compte du niveau de dureté de la fixation et du type de revêtement. La couche de placage peut jouer dans une certaine mesure un rôle de barrière à la diffusion de l'hydrogène, ce qui empêchera la diffusion de l'hydrogène vers l'extérieur de la fixation. De manière générale, il est plus facile pour l’hydrogène de se diffuser à l’extérieur à travers des revêtements lâches comme les attaches qu’à travers des revêtements denses. Il existe même cette différence entre le revêtement en zinc et le revêtement plus dense en cadmium. Afin de fabriquer autant de matériau de diffusion d'hydrogène que possible, il est nécessaire de prendre un temps de cuisson long. A.W.GrobinJr. On pense que lorsque l’épaisseur du revêtement dépasse 2,5 µm, il est plus difficile pour l’hydrogène de se diffuser hors de l’acier. Dans ce cas, la couche galvanisée devient un obstacle à la diffusion de l'hydrogène. On peut considérer que le traitement de cuisson redistribue dans ce cas effectivement l'hydrogène vers les différentes positions de piège dans le matériau. La défaillance des fixations par fragilisation par l’hydrogène a déjà suscité de nombreuses inquiétudes dans l’industrie automobile. Ce type de défaillance se produit de manière inattendue, ce qui ajoute un lourd fardeau aux constructeurs automobiles et aux fournisseurs de fixations, ce qui non seulement leur fait subir des pertes économiques, mais constitue également une menace pour la satisfaction des utilisateurs de l'entreprise et la sécurité des automobiles.

La prévention de la défaillance des fixations par fragilisation par l’hydrogène fait l’objet de plus en plus d’attention dans l’industrie automobile. Les fixations souffrant de fragilisation par l'hydrogène peuvent se briser rapidement quelques minutes après l'assemblage lorsque la contrainte réelle est bien inférieure à la résistance à la traction du matériau. Dans l'atelier d'assemblage automobile, la défaillance des fixations par fragilisation par l'hydrogène réduira considérablement l'efficacité de la production. Les voitures présentant un risque potentiel de défaillance par fragilisation par l'hydrogène doivent être inspectées une par une, et toutes les fixations possibles doivent être remplacées par des fixations neuves et fiables, et le remplacement des fixations prendra beaucoup de temps. Le remplacement des fixations endommagées par la fragilisation par l'hydrogène représentera une lourde charge tant pour les constructeurs automobiles que pour les fabricants de fixations.

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