Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi certaines pièces métalliques se fracturent soudainement, même dans des conditions normales ? Ce phénomène, connu sous le nom de fragilisation par l'hydrogène, présente un risque important dans diverses industries. Notre article explique comment l'hydrogène pénètre dans le métal au cours de processus tels que la galvanoplastie, entraînant des défaillances inattendues. En comprenant les mécanismes à l'origine de ce problème et en mettant en œuvre des mesures préventives, vous pouvez améliorer la durabilité et la sécurité de vos composants métalliques. Plongez dans notre guide pour découvrir des solutions pratiques pour lutter contre la fragilisation par l'hydrogène.
Dans toute solution de galvanoplastie, il y a une présence d'ions hydrogène résultant de la dissociation des molécules d'eau.
Par conséquent, au cours du processus de placage, du métal est déposé à partir de la cathode (réaction principale) et de l'hydrogène est également déposé (réaction secondaire).
L'évolution de l'hydrogène a de multiples répercussions, la fragilisation par l'hydrogène étant la plus importante.
La fragilisation par l'hydrogène est un risque majeur pour la qualité de l'eau. traitement de surface et peut entraîner la rupture de pièces en cours d'utilisation, ce qui peut provoquer des accidents graves.
Il est essentiel que les techniciens chargés du traitement des surfaces aient une connaissance approfondie des techniques de prévention et d'élimination de la fragilisation par l'hydrogène afin d'en minimiser les effets.
La fragilisation par l'hydrogène se manifeste généralement par une rupture retardée sous contrainte.
Les pièces galvanisées, telles que les ressorts automobiles, les rondelles, les vis et les ressorts à lames, sont connues pour se briser quelques heures seulement après l'assemblage, avec un taux de rupture de 40% à 50%.
Dans le cas d'un produit spécial comportant des pièces plaquées au cadmium, un lot a présenté des fissures et des fractures.
Une enquête nationale a été menée et un processus strict de déshydrogénation a été mis en place.
En outre, certains cas de fragilisation par l'hydrogène n'entraînent pas de rupture tardive.
Par exemple, le cintre de placage, composé de fil d'acier et de fil de cuivre, peut être imprégné d'hydrogène en raison des opérations répétées de placage électrolytique, de décapage et de déplacage, ce qui entraîne une rupture fragile après une seule utilisation.
De même, le noyau utilisé pour le forgeage de précision des fusils de chasse peut se briser après plusieurs années d'utilisation. chromage processus.
Dans certains cas, les pièces trempées à haute teneur en stress interne peuvent se fissurer pendant le décapage, en raison d'une importante perméation d'hydrogène. Ces fissures peuvent se produire sans contrainte externe, et la ténacité d'origine ne peut être restaurée par l'élimination de l'hydrogène.
L'apparition d'une rupture différée est due à la diffusion et à l'accumulation d'hydrogène dans les pièces, en particulier dans les zones de concentration de contraintes qui ont défauts métalliquescomme des dislocations ou des trous dans le réseau atomique.
Lorsque l'hydrogène se diffuse dans ces défauts, les atomes d'hydrogène se combinent pour former des molécules d'hydrogène, ce qui génère une pression élevée.
Cette pression crée une force en combinaison avec la contrainte résiduelle à l'intérieur du matériau et la contrainte extérieure sur le matériau.
Si la force résultante dépasse la limite d'élasticité du matériau, il se fracturera.
La vitesse de diffusion de l'hydrogène et, par conséquent, la fragilisation par l'hydrogène, dépendent du gradient de concentration, de la température et du type de matériau.
Les matériaux à faible rayon atomique, tels que l'acier et le cuivre, sont plus sensibles à la diffusion de l'hydrogène, tandis qu'il est plus difficile pour l'hydrogène de se diffuser dans le cadmium, l'étain, le zinc et leurs alliages.
La couche de placage au cadmium est particulièrement résistante à la diffusion de l'hydrogène, car l'hydrogène généré pendant le placage au cadmium reste dans la couche de placage et la couche de surface métallique sous-jacente, ce qui rend difficile sa diffusion vers l'extérieur et son élimination.
Avec le temps, l'hydrogène se diffuse dans le métal et peut s'introduire dans les défauts du métal, ce qui le rend difficile à éliminer.
La diffusion de l'hydrogène est lente à des températures normales et doit être chauffée pour l'éliminer.
La solubilité de l'hydrogène dans l'acier augmente avec la température.
Cependant, une température trop élevée peut réduire la dureté du matériau.
Il est important de tenir compte de la température pour l'élimination des contraintes avant le placage et l'élimination de l'hydrogène après le placage, afin de ne pas réduire la dureté du matériau, d'éviter la température de trempe fragile de certains aciers et de maintenir la performance du revêtement.
Dans le processus d'élimination de la rouille et de la calamine, le sablage doit être utilisé autant que possible.
Si un lavage à l'acide est nécessaire, un inhibiteur de corrosion tel que la rutine doit être ajouté à la solution.
Pour le déshuilage, il convient d'utiliser un déshuilage chimique, des agents de nettoyage ou des solvants à faible perméabilité à l'hydrogène.
Si l'on opte pour un déshuilage électrochimique, la cathode doit être suivie de l'anode.
En galvanoplastie, la perméation de l'hydrogène est faible dans les solutions de placage alcalines ou dans les solutions à haute efficacité de courant.
Il est largement admis que lors de la galvanisation avec Cr, Zn, Cd, Ni, Sn et Pb, l'hydrogène peut facilement pénétrer dans les pièces en acier, alors que les revêtements en métaux tels que Cu, Mo, Al, Ag, Au et W ont une faible diffusivité de l'hydrogène et une faible solubilité de l'hydrogène, ce qui réduit la perméation de l'hydrogène.
Lorsque les exigences techniques du produit sont respectées, il est possible d'utiliser des revêtements qui ne provoquent pas de perméation à l'hydrogène.
Par exemple, le revêtement Dacromet peut être utilisé comme alternative au zingage, sans provoquer de fragilisation par l'hydrogène.
Ce revêtement offre une résistance à la corrosion améliorée de 7 à 10 fois et une bonne adhérence.
L'épaisseur du film de 6-8um est similaire à celle d'une fine couche de zinc et n'affecte pas l'assemblage.
Si les pièces présentent des contrainte résiduelle après la trempe, le soudage ou d'autres processus, un traitement de revenu doit être effectué avant le placage afin de réduire le risque de perméation de l'hydrogène.
En général, les pièces présentant une perméation élevée d'hydrogène pendant le placage doivent être déshydrogénées dès que possible, car l'hydrogène présent dans la couche de placage et dans le métal de base de surface continuera à se diffuser dans la matrice d'acier au fil du temps.
Les projets de normes internationales stipulent que le traitement de déshydrogénation devrait idéalement être effectué dans l'heure qui suit le placage, mais pas plus tard que 3 heures.
Il existe également des normes similaires en Chine concernant la déshydrogénation avant et après la galvanisation.
La déshydrogénation après placage est généralement réalisée par chauffage et cuisson, à une température comprise entre 150 et 300°C et avec une isolation de 2 à 24 heures.
La température et la durée exactes du traitement doivent être déterminées en fonction de la taille, de la résistance, des propriétés du revêtement et du temps de placage des pièces.
La déshydrogénation est généralement effectuée dans un four, la température des pièces galvanisées étant comprise entre 110 et 220 °C. La température doit être contrôlée en fonction du matériau de base.
Pour les matériaux élastiques, les pièces à parois minces inférieures à 0,5 mm et les pièces en acier présentant des exigences élevées en matière de résistance mécanique, un traitement d'élimination de l'hydrogène doit être effectué après la galvanisation.
Pour éviter la "fragilisation du cadmium", la température de déshydrogénation des pièces plaquées au cadmium ne doit pas être trop élevée, généralement entre 180 et 200°C.
La sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène augmente avec la résistance du matériau, ce qui est un concept fondamental que les techniciens de traitement de surface doivent comprendre lorsqu'ils préparent les spécifications du processus de galvanoplastie.
Les normes internationales exigent que l'acier ayant une résistance à la traction de σb > 105kg/mm2 subisse un traitement d'élimination des contraintes avant le placage et un traitement d'élimination de l'hydrogène après le placage.
L'industrie aéronautique française exige un traitement de déshydrogénation correspondant pour les pièces en acier ayant une limite d'élasticité de σs > 90kg/mm2.
Parce qu'il existe une forte corrélation entre les la résistance et la dureté de l'acier, il est plus facile d'évaluer la sensibilité des matériaux à la fragilisation par l'hydrogène en fonction de leur dureté qu'en fonction de leur résistance.
Les dessins de produits et les processus d'usinage comprennent généralement les éléments suivants dureté de l'acierCe qui rend l'évaluation plus aisée.
En galvanoplastie, il a été observé que l'acier d'une dureté d'environ HRC38 commence à présenter un risque de fracture par fragilisation par l'hydrogène.
Pour les pièces dont la dureté est supérieure à HRC43, la déshydrogénation doit être envisagée après le placage.
Si la dureté est de l'ordre de HRC60, le traitement de déshydrogénation doit être effectué immédiatement après le traitement de surface, sinon les pièces d'acier se fissureront en quelques heures.
En plus de la dureté de l'acierLes facteurs suivants doivent également être pris en compte :
Élimination de la fragilisation par l'hydrogène
Le problème principal est le phénomène d'"hydrogénation" qui se produit dans le processus de galvanoplastie. Les produits non qualifiés que vous utilisez ne sont pas nécessairement le résultat du processus de galvanisation lui-même, car la plupart des méthodes de galvanisation (à l'exception de la galvanisation sous vide) provoquent l'hydrogénation du métal.
Cependant, de nombreux traitement de surface des métaux omettent la dernière étape, à savoir le processus de "déshydrogénation", afin de réduire les coûts de production. Ce processus, essentiel pour les pièces métalliques exigeant une certaine résistance, consiste à chauffer les pièces à une température élevée de 120-220°C pendant 1 à 2 heures après la galvanoplastie.
Si l'utilisateur n'est pas au courant ou n'a pas demandé ou accepté ce processus, il peut économiser 5-15% du coût. Il peut en résulter que les boulons plaqués, les patins à ressort et d'autres pièces soient "fragiles".
Les conditions spécifiques du traitement de déshydrogénation doivent être contrôlées en fonction des exigences des pièces.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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