đ Plan du Cours
- Soudabilité aciers non alliés
- Fissuration Ă froid
- Vieillissement aciers
- Arrachement lamellaire
- Fissuration au réchauffage
- Fissuration Ă chaud
- Soudabilité inox
- Inox austénitique
đ 1. SoudabilitĂ© aciers non alliĂ©s
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
- SoudabilitĂ© : CapacitĂ© dâun acier non ou faiblement alliĂ© Ă ĂȘtre soudĂ© sans provoquer de dĂ©fauts ou de fissures, notamment Ă froid ou Ă chaud.
- Fissuration à froid : Fissures transgranulaires ou intergranulaires apparaissant en dessous de 150°C, pouvant entraßner des ruptures fragiles, souvent en ZAT ou ZF, initiées dans des zones de concentration de contraintes.
- Microstructure fragile : Structure métallurgique susceptible de favoriser la fissuration à froid, notamment la martensite ou la bainite, formée lors du refroidissement rapide ou par certains cycles thermiques.
- Carbone Ă©quivalent (Ceq) : Indicateur calculĂ© Ă partir de la composition chimique permettant dâĂ©valuer la trempabilitĂ© et la tendance Ă la fissuration fragile, notamment la formation de martensite. La formule du Ceq est valable entre 0,3 et 0,7.
- Risques de fissures lors du soudage : Incluent la fissuration Ă froid, le vieillissement, lâarrachement lamellaire, la fissuration au rĂ©chauffage et la fissuration Ă chaud, liĂ©s Ă la microstructure, aux contraintes rĂ©siduelles et Ă la composition chimique.
đ Points essentiels
- La soudabilité des aciers non alliés dépend principalement de leur composition chimique, de leur microstructure et des contraintes résiduelles générées lors du soudage.
- La formation de fissures Ă froid rĂ©sulte de la combinaison de trois facteurs : contraintes rĂ©siduelles, prĂ©sence dâhydrogĂšne diffusible ou rĂ©siduel, et microstructure fragile (ex. : martensite).
- La microstructure fragile, notamment la martensite ou la bainite, peut se former selon le cycle thermique du soudage, la vitesse de refroidissement, et la composition chimique.
- Le calcul du Ceq permet dâĂ©valuer la trempabilitĂ© dâun acier : plus Ceq est Ă©levĂ©, plus la trempabilitĂ© et le risque de fissuration fragile augmentent.
- La prĂ©vention de la fissuration Ă froid consiste Ă limiter le bridage, rĂ©duire lâhydrogĂšne dissous, utiliser des procĂ©dĂ©s Ă faible hydrogĂšne, et contrĂŽler la vitesse de refroidissement pour Ă©viter la microstructure fragile.
- La maßtrise des paramÚtres de soudage, la sélection des matériaux, et le contrÎle de la composition chimique (notamment le Ceq) sont essentiels pour garantir la soudabilité.
đĄ Ă retenir
La soudabilité des aciers non ou faiblement alliés repose sur la maßtrise de leur composition, de la microstructure formée lors du refroidissement, et des contraintes résiduelles, afin de prévenir la formation de fissures à froid et fragilisation. Le calcul du carbone équivalent est un outil clé pour anticiper et limiter ces risques.
đ 2. Fissuration Ă froid
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
- Fissuration Ă froid : fissures transgranulaires ou intergranulaires apparaissant en dessous de 150°C, souvent en ZAT ou ZF, provoquant des ruptures fragiles. Elles sâinitient prĂ©fĂ©rentiellement dans les zones prĂ©sentant un effet dâentaille gĂ©omĂ©trique (zones de concentration de contraintes).
- Origines : principalement la fissuration Ă froid due Ă lâeffet combinĂ© de contraintes rĂ©siduelles, de la prĂ©sence dâhydrogĂšne diffusible ou rĂ©siduel, et dâune microstructure fragile (ex. : martensite).
- MĂ©canisme : lors du refroidissement, lâhydrogĂšne dissous dans la zone soudĂ©e diffuse vers la zone dâattente (ZAT), oĂč il favorise la transformation en martensite, augmentant les contraintes internes et provoquant la fissure. La diffusion dâhydrogĂšne de la ZF vers la ZAT, la transformation en martensite, et la concentration en hydrogĂšne sont les Ă©tapes clĂ©s.
- Microstructure fragile : structures métallurgiques telles que martensite ou bainite, qui favorisent la fissuration à froid. La taille de grain trÚs importante dans la ferrite peut aussi fragiliser la zone.
- ProcĂ©dĂ©s Ă faible hydrogĂšne diffusible : techniques de soudage comme TIG, MAG, Ă©lectrodes basiques, qui limitent la quantitĂ© dâhydrogĂšne diffusible introduite dans la soudure.
- ContrÎles et essais : détection par magnétoscopie, ultrasons, et essais spécifiques (TEKKEN, CTS, IMPLANT) pour vérifier la présence de fissures aprÚs soudage.
đ Points essentiels
- La fissuration à froid se manifeste par des fissures transversales ou longitudinales, souvent en ZAT ou ZF, en dessous de 150°C, et peut entraßner des ruptures fragiles.
- La formation de fissures dĂ©pend de trois facteurs conjuguĂ©s : lâintensitĂ© des contraintes rĂ©siduelles, la teneur en hydrogĂšne diffusible ou rĂ©siduel, et la microstructure fragile (martensite, bainite). La suppression dâun seul facteur peut prĂ©venir la fissuration.
- La microstructure fragile, notamment la martensite, se forme lors du refroidissement rapide ou du cycle thermique du soudage. La vitesse de refroidissement influence la structure métallurgique, déterminée par les courbes TRCS.
- La diffusion dâhydrogĂšne, provenant de lâhumiditĂ©, des enrobages, ou du mĂ©tal de base, est un facteur critique. La concentration en hydrogĂšne diffusible varie selon le procĂ©dĂ© de soudage (ex : TIG, MAG, Ă©lectrodes).
- La formation de martensite ou bainite dans la zone soudĂ©e augmente la susceptibilitĂ© Ă la fissuration Ă froid. La formule du carbone Ă©quivalent (Ceq) permet dâĂ©valuer la trempabilitĂ© et la tendance Ă la formation de structures fragiles.
- Le mĂ©canisme de fissuration en ZAT suit une Ă©tape oĂč lâhydrogĂšne favorise la transformation en martensite, puis la fissure se dĂ©veloppe lorsque contraintes, hydrogĂšne et microstructure fragile sont rĂ©unis. Ce phĂ©nomĂšne peut continuer jusquâĂ 48 heures aprĂšs le soudage.
- La prĂ©vention passe par la rĂ©duction des contraintes rĂ©siduelles (bridage, sĂ©quences de soudage), la limitation de lâhydrogĂšne diffusible (procĂ©dĂ©s Ă bas hydrogĂšne, dĂ©soxydation, post-chauffage), et la modification de la microstructure (prĂ©chauffage, refroidissement contrĂŽlĂ©).
đĄ Ă retenir
La fissuration Ă froid rĂ©sulte de lâinteraction entre contraintes rĂ©siduelles, hydrogĂšne diffusible, et microstructure fragile, et peut ĂȘtre Ă©vitĂ©e par une maĂźtrise des procĂ©dĂ©s de soudage, du contrĂŽle de lâhydrogĂšne, et de la gestion thermique.
đ 3. Vieillissement aciers
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
- Vieillissement : perte de ductilité pour les aciers ferritiques ou ferrito-perlitiques, pouvant entraßner une rupture fragile par clivage. Il est réversible mais tend à se reproduire dans le temps. (source : section 3.1)
- PrĂ©cipitation de nitrures de fer Fe4N : phĂ©nomĂšne causant le vieillissement, oĂč ces nitrures se forment dans la ferrite, contribuant Ă la fragilisation de lâacier. (source : section 3.1)
- Facteurs favorisant le vieillissement : éléments chimiques ou conditions qui accélÚrent la précipitation de Fe4N, notamment :
- N > 0,01% (source : section 3.2)
- Manque de composĂ©s comme Al, Si ou B pour former dâautres nitrures non fragilisants (source : section 3.2)
- Mise en solution dâazote lors du soudage au-delĂ de sa solubilitĂ© Ă tempĂ©rature ambiante (source : section 3.2)
- Traitement thermique vers 200°C (source : section 3.2)
- Métal écroui (source : section 3.2)
- PrĂ©vention du vieillissement : limiter lâintroduction dâazote dans le bain de fusion en Ă©vitant arcs longs et courants dâair, utiliser des mĂ©taux de base avec N<0,01% et Al>0,02% (source : section 3.3)
đ Points essentiels
- Le vieillissement est principalement dû à la précipitation de nitrures de fer Fe4N dans la ferrite, ce qui entraßne une fragilisation par clivage.
- La formation de Fe4N est favorisĂ©e par la prĂ©sence dâun excĂšs dâazote (N>0,01%) et par un manque de composĂ©s comme Al, Si ou B.
- La mise en solution dâazote lors du soudage, si elle dĂ©passe la solubilitĂ©, accĂ©lĂšre le vieillissement.
- La prĂ©vention consiste Ă limiter lâintroduction dâazote, Ă utiliser des matĂ©riaux avec N<0,01% et Al>0,02%, et Ă Ă©viter les arcs longs ou courants dâair lors du soudage.
- La précipitation de nitrures de fer est une réaction chimique spécifique, et le traitement thermique à 200°C peut favoriser ou limiter ce phénomÚne selon les conditions.
đĄ Ă retenir
Le vieillissement des aciers ferritiques ou ferrito-perlitiques, causĂ© par la prĂ©cipitation de nitrures de fer Fe4N, entraĂźne une fragilisation rĂ©versible, mais il doit ĂȘtre contrĂŽlĂ© par une composition chimique adaptĂ©e et des traitements thermiques appropriĂ©s pour prĂ©server la ductilitĂ©.
đ 4. Arrachement lamellaire
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
- Arrachement lamellaire : Fissures affectant les soudures en angle sur des produits Ă©pais, suivant le fibrage de lâacier, causĂ©es par la faible rĂ©sistance Ă la traction dans le sens travers court.
- Inclusion : Particules ou dĂ©fauts prĂ©sents dans le mĂ©tal de base, influençant la susceptibilitĂ© Ă lâarrachement lamellaire.
- Contraintes rĂ©siduelles : Contraintes internes gĂ©nĂ©rĂ©es lors du soudage, prĂ©sentes dans le sens travers court, qui favorisent lâapparition de fissures lamellaires.
- MĂ©taux de base rĂ©sistants Ă lâarrachement : Acier de qualitĂ© Z15, Z25 ou Z35, garantissant un certain pourcentage dâallongement dans le sens travers court, limitant la propagation des fissures.
- ContrĂŽle par ultrasons : Technique de vĂ©rification permettant de dĂ©tecter lâĂ©tat inclusionnaire du mĂ©tal de base, essentiel pour prĂ©venir lâarrachement lamellaire.
- Conception pour rĂ©duire les contraintes : Approche visant Ă Ă©viter lâassemblage en angle, rĂ©duire le taux de bridage, optimiser la sĂ©quence de soudage ou utiliser un mĂ©tal dâapport de faible rĂ©sistance pour limiter les contraintes rĂ©siduelles.
đ Points essentiels
- Lâarrachement lamellaire se manifeste par des fissures suivant le fibrage de lâacier, principalement sur produits Ă©pais.
- La cause principale est la faible rĂ©sistance Ă la traction dans le sens travers court, accentuĂ©e par lâĂ©tat inclusionnaire du mĂ©tal de base et les contraintes rĂ©siduelles du soudage.
- La prĂ©vention repose sur lâutilisation dâun mĂ©tal de base non sensible Ă ce type de fissure (qualitĂ© Z15, Z25 ou Z35), le contrĂŽle par ultrasons pour vĂ©rifier lâĂ©tat inclusionnaire, et des mesures de conception pour rĂ©duire les contraintes (ex. : Ă©vitement de lâangle, rĂ©duction du bridage, optimisation de la sĂ©quence).
- La rĂ©alisation dâun beurrage avant soudure permet de rĂ©partir les contraintes sur une surface plus grande, limitant ainsi le risque.
- La rĂ©duction des contraintes de soudage dans le sens travers court, par conception ou choix des matĂ©riaux, est essentielle pour limiter lâapparition de fissures lamellaires.
đĄ Ă retenir
Lâarrachement lamellaire est une fissure liĂ©e Ă la faiblesse du mĂ©tal dans le sens travers court, que lâon peut prĂ©venir en utilisant des mĂ©taux de base adaptĂ©s, en contrĂŽlant lâĂ©tat inclusionnaire, et en concevant lâassemblage pour limiter les contraintes rĂ©siduelles.
đ 5. Fissuration au rĂ©chauffage
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
-
Fissuration au rĂ©chauffage : phĂ©nomĂšne de formation de fissures intergranulaires dans les aciers faiblement alliĂ©s rĂ©sistants Ă chaud, se produisant entre 350°C et 700°C lors de traitements thermiques ou soudures multipasses, principalement en raison dâun manque de ductilitĂ© Ă haute tempĂ©rature et de dĂ©formation du mĂ©tal suite Ă dĂ©tensionnement.
-
Fissures intergranulaires entre 350°C et 700°C : fissures qui apparaissent dans la zone de grains lors du chauffage dans cette plage thermique, souvent en ZAT ou ZF, liĂ©es Ă la prĂ©cipitation de carbures ou impuretĂ©s, et Ă la sĂ©grĂ©gation dâĂ©lĂ©ments.
-
Contraintes résiduelles : contraintes internes présentes dans la piÚce suite au processus de soudage, pouvant favoriser la formation de fissures lors du réchauffage.
-
Composition chimique : Ă©lĂ©ments dâalliage ou impuretĂ©s (P, S, Sn, Sb, As, Cr, Mo, V, Nb, B, Al, Cu) qui influencent la susceptibilitĂ© Ă la fissuration, notamment par la formation de prĂ©cipitĂ©s ou la sĂ©grĂ©gation dâimpuretĂ©s.
-
Structure : caractĂ©ristiques microstructurales de lâacier, notamment la prĂ©sence de gros grains, prĂ©cipitations de carbures ou sĂ©grĂ©gations dâimpuretĂ©s, qui favorisent la fragilitĂ© Ă haute tempĂ©rature.
đ Points essentiels
-
La fissuration au rĂ©chauffage survient principalement entre 350°C et 700°C, souvent lors de traitements thermiques ou soudures multipasses, sous lâeffet de contraintes rĂ©siduelles Ă©levĂ©es, composition chimique dĂ©favorable ou structure microstructurale fragile.
-
La cause principale est le manque de ductilité en ZAT ou ZF à haute température, combiné à la déformation du métal suite à détensionnement.
-
La formation de fissures est accentuĂ©e par la prĂ©sence dâimpuretĂ©s (notamment P, S, Sn, Sb, As) ou dâĂ©lĂ©ments dâaddition (Cr, Mo, V, Nb, B, Al, Cu) qui favorisent la prĂ©cipitation de carbures ou la sĂ©grĂ©gation.
-
La sĂ©grĂ©gation dâimpuretĂ©s et la prĂ©cipitation de carbures (Cr23C6) dans la zone de grains, surtout si le refroidissement est lent ou si la composition chimique est dĂ©favorable, augmentent la susceptibilitĂ© Ă la fissuration.
-
La prĂ©vention repose sur la limitation des contraintes rĂ©siduelles par une conception adaptĂ©e, la maĂźtrise de la composition chimique (utilisation dâaciers Ă faible teneur en impuretĂ©s ou stabilisĂ©s), et lâoptimisation des paramĂštres de soudage (rĂ©duction des contraintes, contrĂŽle de la tempĂ©rature).
-
Des traitements thermiques comme le recuit ou lâhypertrempe, ainsi que la rĂ©duction de la vitesse de chauffage et de refroidissement, permettent dâattĂ©nuer la formation de carbures et de sĂ©grĂ©gations, limitant ainsi le risque de fissuration.
đĄ Ă retenir
La fissuration au rĂ©chauffage est principalement causĂ©e par la prĂ©cipitation de carbures et la sĂ©grĂ©gation dâimpuretĂ©s dans une structure microstructurale fragile, et peut ĂȘtre efficacement contrĂŽlĂ©e par la maĂźtrise des contraintes, la composition chimique, et des traitements thermiques adaptĂ©s.
đ 6. Fissuration Ă chaud
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
-
Fissuration à chaud : Fissures intergranulaires qui se forment lors de la solidification en ZF, principalement sur les inox austénitiques, dues aux contraintes durant la solidification et à un intervalle de solidification important. (source : définition générale)
-
Fissures lors de solidification en ZF : Fissures qui apparaissent dans la zone de fusion lors du refroidissement, liées aux contraintes de solidification et à la ségrégation des éléments chimiques. (source : définition générale)
-
Contraintes de solidification : Contraintes générées par le refroidissement et la contraction du métal lors de la solidification, accentuées par le coefficient de dilation du matériau, le volume et la forme de la ZF, ainsi que par la ségrégation. (source : facteurs de la fissuration à chaud)
-
SĂ©grĂ©gation : PhĂ©nomĂšne de concentration locale dâĂ©lĂ©ments chimiques lors de la solidification, augmentant lâintervalle de solidification et favorisant la formation de fissures. Elle est accentuĂ©e par une vitesse de soudage Ă©levĂ©e et la diffusivitĂ© des Ă©lĂ©ments chimiques. (source : facteurs de la fissuration Ă chaud)
-
Vitesse de soudage : RapiditĂ© du procĂ©dĂ© qui influence la sĂ©grĂ©gation et lâintervalle de solidification ; une vitesse Ă©levĂ©e augmente la sĂ©grĂ©gation et le risque de fissuration Ă chaud. (source : facteurs de la fissuration Ă chaud)
-
PrĂ©vention : Ensemble de mesures visant Ă rĂ©duire les risques de fissuration Ă chaud, notamment par la maĂźtrise de la conception, la rĂ©duction des contraintes, la diminution de lâintervalle de solidification, et lâutilisation dâalliages Ă faible intervalle de solidification. (source : prĂ©vention)
-
RĂ©duction de la vitesse de soudage : Technique pour diminuer lâintervalle de solidification et la sĂ©grĂ©gation, limitant ainsi la formation de fissures. (source : prĂ©vention)
-
Utilisation dâalliages Ă faible intervalle de solidification : Choix dâalliages dont la vitesse de solidification est faible, ce qui limite la sĂ©grĂ©gation et le risque de fissuration Ă chaud. (source : prĂ©vention)
đ Points essentiels
-
La fissuration à chaud concerne principalement les inox austénitiques, mais peut aussi affecter certains aciers non ou faiblement alliés. Elle se manifeste sous forme de fissures interdentritiques lors de la solidification en ZF.
-
Les deux principaux facteurs favorisant cette fissuration sont :
- Les contraintes durant la solidification, liées au coefficient de dilation, au volume et à la forme de la ZF, et aux caractéristiques mécaniques du métal.
- La sĂ©grĂ©gation, qui augmente lâintervalle de solidification, notamment avec une vitesse de soudage Ă©levĂ©e ou une diffusivitĂ© Ă©levĂ©e des Ă©lĂ©ments chimiques.
-
La ségrégation favorise la formation de composés eutectiques (ex : S et P) qui fragilisent la zone de fusion, augmentant le risque de fissures.
-
La prévention repose sur deux axes principaux :
- Diminuer les contraintes par la modification de la conception, lâoptimisation de la sĂ©quence de soudage, la rĂ©duction du volume de bain de fusion, et le bridage.
- RĂ©duire lâintervalle de solidification en diminuant la vitesse de soudage et en utilisant des alliages Ă faible intervalle de solidification.
-
La rĂ©duction de la vitesse de soudage limite la sĂ©grĂ©gation et lâintervalle de solidification, diminuant ainsi la probabilitĂ© de fissuration.
-
Lâutilisation dâalliages Ă faible intervalle de solidification, comme certains alliages eutectiques, permet de limiter la formation de fissures lors de la solidification.
đĄ Ă retenir
La fissuration Ă chaud rĂ©sulte de contraintes et de sĂ©grĂ©gation lors de la solidification en ZF, mais peut ĂȘtre efficacement prĂ©venue par la maĂźtrise de la conception, la rĂ©duction de la vitesse de soudage, et le choix dâalliages adaptĂ©s.
đ 7. SoudabilitĂ© inox
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
-
Fissuration à chaud (inox austénitique) : Formation de fissures inter dendritiques lors de la solidification en ZF, causée par des contraintes durant la solidification et un intervalle de solidification important. Ces fissures apparaissent entre 350°C et 700°C, souvent lors de traitements thermiques ou soudures multipasses.
-
Fissures inter dendritiques lors de la solidification : Fissures qui se forment dans la zone de fusion (ZF) en raison de contraintes mécaniques et de ségrégation lors du refroidissement, principalement dans la zone de solidification.
-
Contraintes de solidification : Contraintes générées par la différence de coefficient de dilation entre le métal de base et la zone de fusion, le volume et la forme de la ZF, ainsi que par la ségrégation et la diffusivité des éléments chimiques.
-
SĂ©grĂ©gation : PhĂ©nomĂšne de concentration locale dâĂ©lĂ©ments chimiques dans la ZF, augmentant lâintervalle de solidification et favorisant la formation de fissures inter dendritiques.
-
Vitesse de soudage : Facteur influençant la sĂ©grĂ©gation ; une vitesse Ă©levĂ©e augmente la sĂ©grĂ©gation et lâintervalle de solidification, augmentant le risque de fissuration Ă chaud.
-
PrĂ©vention par rĂ©duction des contraintes : Actions visant Ă diminuer les contraintes durant la solidification, telles que la modification de la conception, lâoptimisation de la sĂ©quence de soudage, la rĂ©duction du volume de la ZF, ou le bridage.
-
Modification de la conception et du profil des cordons : Ajustements pour limiter la taille de la zone de fusion et rĂ©duire les contraintes mĂ©caniques, notamment par des cordons Ă©troits ou une rĂ©duction de lâĂ©nergie de soudage.
-
Utilisation dâalliages Ă faible intervalle de solidification : Choix dâalliages eutectiques ou Ă faible taux de sĂ©grĂ©gation pour limiter lâintervalle de solidification et rĂ©duire le risque de fissuration.
đ Points essentiels
-
La fissuration à chaud concerne principalement les inox austénitiques, mais peut aussi toucher certains aciers non ou faiblement alliés lors de la solidification en ZF.
-
Les facteurs principaux sont les contraintes de solidification, la sĂ©grĂ©gation, et la vitesse de soudage : une augmentation de lâun ou lâautre favorise la formation de fissures.
-
La sĂ©grĂ©gation augmente lâintervalle de solidification, ce qui favorise la formation de fissures inter dendritiques. La vitesse de soudage doit ĂȘtre maĂźtrisĂ©e pour limiter cet effet.
-
La rĂ©duction des contraintes peut ĂȘtre rĂ©alisĂ©e par la conception, la modification du profil des cordons, ou en diminuant lâĂ©nergie de soudage.
-
La diminution de lâintervalle de solidification passe par la rĂ©duction de la vitesse de soudage ou lâutilisation dâalliages eutectiques ou Ă faible sĂ©grĂ©gation.
-
La prĂ©vention efficace consiste Ă rĂ©duire Ă la fois les contraintes rĂ©siduelles et lâintervalle de solidification, en combinant modifications de procĂ©dĂ©, conception, et choix dâalliages.
đĄ Ă retenir
La fissuration Ă chaud des inox austĂ©nitiques lors de la solidification en ZF rĂ©sulte de contraintes et de sĂ©grĂ©gation, et peut ĂȘtre Ă©vitĂ©e par la maĂźtrise de la vitesse de soudage, la rĂ©duction des contraintes, et le choix dâalliages adaptĂ©s Ă faible intervalle de solidification.
đ 8. Inox austĂ©nitique
đ Notions clĂ©s & DĂ©finitions
- Grossissement du grain : Augmentation de la taille des grains mĂ©talliques lors de la surchauffe, entraĂźnant une microstructure plus grossiĂšre. La structure granulaire sâaffine lors du refroidissement, mais peut se dĂ©tĂ©riorer en cas de surchauffe.
- Surchauffe des aciers : Température excessive dépassant la température de régénération (~900°C) ou la température de surchauffe (~1100°C), provoquant un grossissement du grain et une modification de la microstructure.
- Transformations cristallines (CC Ă CFC) : Passage de la structure cristalline cubique centrĂ©e (CC) Ă la structure cubique Ă face centrĂ©e (CFC) lors du chauffage, caractĂ©ristique des aciers transformables. La transformation en CFC sâaccompagne dâun affinement de la microstructure.
- TempĂ©rature de rĂ©gĂ©nĂ©ration : TempĂ©rature autour de 900°C oĂč la microstructure sâaffine, permettant de restaurer la ductilitĂ© et la tĂ©nacitĂ© de lâacier.
- TempĂ©rature de surchauffe : TempĂ©rature dâenviron 1100°C Ă laquelle la structure cristalline se transforme en CFC, mais qui peut entraĂźner un grossissement du grain si elle est dĂ©passĂ©e.
- Transformations lors du chauffage en ZAT : Lors du chauffage en zone affectĂ©e par le thermique, la microstructure tend vers lâĂ©tat dâĂ©quilibre, dĂ©pendant du comportement mĂ©tallurgique, des tempĂ©ratures maximales atteintes et du temps en tempĂ©ratures.
- Sensibilité à la surchauffe et à la croissance du grain : La microstructure peut devenir plus grossiÚre en cas de surchauffe, ce qui réduit la ductilité, la résistance mécanique et augmente la fragilité.
- Effets sur la microstructure et les propriétés mécaniques : La croissance du grain diminue la résistance mécanique, la ductilité, et favorise la fragilisation, notamment par la formation de phases fragiles ou la dégradation de la cohésion interne.
đ Points essentiels
- La transformation cristalline CC à CFC est caractéristique des aciers transformables, permettant un affinage de la microstructure lors du refroidissement.
- La surchauffe (>1100°C) provoque un grossissement du grain, ce qui altÚre négativement les propriétés mécaniques, notamment la ductilité et la résistance.
- La tempĂ©rature de rĂ©gĂ©nĂ©ration (~900°C) permet de restaurer la microstructure fine et dâĂ©viter la croissance excessive du grain.
- Lors du chauffage en ZAT, la microstructure Ă©volue vers lâĂ©tat dâĂ©quilibre, influencĂ©e par la vitesse de chauffage, la composition chimique, et la durĂ©e en tempĂ©ratures Ă©levĂ©es.
- La sensibilité à la croissance du grain dépend de la température et du temps de séjour, avec un risque accru en cas de surchauffe prolongée.
- La croissance du grain et la surchauffe modifient la microstructure, ce qui impacte directement les propriétés mécaniques : diminution de la ductilité, augmentation de la fragilité, et potentiel de fissuration.
đĄ Ă retenir
La croissance du grain due Ă la surchauffe, notamment lors du chauffage en ZAT, dĂ©grade les propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques de lâacier, tandis que la rĂ©gĂ©nĂ©ration Ă environ 900°C permet de prĂ©server une microstructure fine et performante.
đ Tableaux de SynthĂšse
| CritĂšre | Fissuration Ă froid | Vieillissement aciers |
|---|
| Facteurs principaux | Contraintes rĂ©siduelles, hydrogĂšne diffusible, microstructure fragile (martensite, bainite) | PrĂ©cipitation de nitrures de fer Fe4N, N > 0,01%, manque dâĂ©lĂ©ments comme Al, Si, B |
| Microstructure concernée | Martensite, bainite, grains trÚs fins ou trÚs gros | Ferrite, ferrito-perlite, précipitation de nitrures |
| MĂ©canisme principal | Diffusion dâhydrogĂšne favorisant la transformation en martensite, fissure en ZAT ou ZF | PrĂ©cipitation de nitrures fragilisants dans la ferrite |
| Moyens de prévention | Limiter contraintes, réduire hydrogÚne, contrÎle thermique | Limiter azote, utiliser matériaux avec N<0,01%, éviter arcs longs |
| Essais de détection | Magnétoscopie, ultrasons, tests spécifiques (TEKKEN, CTS, IMPLANT) | ContrÎles métallurgiques, analyse chimique |
â ïž PiĂšges & Confusions FrĂ©quentes
- Confondre fissuration à froid et fissuration à chaud, qui ont des mécanismes et conditions différentes.
- Sous-estimer lâimpact de la microstructure fragile, notamment la formation de martensite ou bainite, dans la fissuration Ă froid.
- Croire que la rĂ©duction de contraintes rĂ©siduelles seule suffit Ă prĂ©venir la fissuration Ă froid, alors que lâhydrogĂšne et la microstructure jouent un rĂŽle clĂ©.
- Confondre le vieillissement avec la corrosion ou dâautres formes de dĂ©gradation.
- NĂ©gliger lâeffet de la composition chimique, notamment la teneur en azote, sur la prĂ©cipitation de nitrures.
- Omettre de vérifier la microstructure ou la composition chimique lors du contrÎle aprÚs soudage.
- Confondre la prĂ©cipitation de nitrures avec dâautres phĂ©nomĂšnes de prĂ©cipitation ou dâalliages secondaires.
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Checklist Examen
- Connaßtre la définition de la soudabilité selon la capacité à éviter fissures ou défauts lors du soudage.
- Expliquer le mĂ©canisme de fissuration Ă froid, notamment le rĂŽle de lâhydrogĂšne diffusible et de la microstructure fragile.
- Maßtriser la formule du carbone équivalent (Ceq) et son utilisation pour évaluer la trempabilité et le risque de fissuration fragile.
- Identifier les procédés de soudage à faible hydrogÚne diffusible (TIG, MAG, électrodes basiques).
- Décrire les conditions favorisant la formation de microstructures fragiles (martensite, bainite) lors du refroidissement.
- ConnaĂźtre les moyens de prĂ©vention de la fissuration Ă froid : contrĂŽle thermique, rĂ©duction de lâhydrogĂšne, gestion des contraintes.
- Comprendre le phénomÚne de vieillissement par précipitation de nitrures Fe4N dans la ferrite.
- Identifier les facteurs favorisant le vieillissement : N > 0,01%, absence dâĂ©lĂ©ments comme Al, Si, B, mise en solution dâazote.
- ConnaĂźtre les mesures pour limiter le vieillissement : matĂ©riaux avec N<0,01%, Ă©viter arcs longs, limiter lâintroduction dâazote.
- Savoir utiliser les essais non destructifs pour détecter la fissuration à froid (magnétoscopie, ultrasons).
- ConnaĂźtre lâimpact de la microstructure sur la susceptibilitĂ© Ă la fissuration Ă froid.
- Maßtriser les principaux auteurs et concepts liés à la soudabilité, la fissuration à froid, et le vieillissement (ex : rÎle du Ceq, transformation en martensite, précipitation de Fe4N).
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