Revision sheet: Crise de fissuration et vieillissement des aciers

Plan du Cours

  1. Soudabilité aciers non alliés
  2. Fissuration Ă  froid
  3. Vieillissement aciers
  4. Arrachement lamellaire
  5. Fissuration au réchauffage
  6. Fissuration Ă  chaud
  7. Soudabilité inox
  8. Inox austénitique

1. Soudabilité aciers non alliés

Notions clés & Définitions

  • SoudabilitĂ© : CapacitĂ© d’un acier non ou faiblement alliĂ© Ă  ĂȘtre soudĂ© sans provoquer de dĂ©fauts ou de fissures, notamment Ă  froid ou Ă  chaud.
  • Fissuration Ă  froid : Fissures transgranulaires ou intergranulaires apparaissant en dessous de 150°C, pouvant entraĂźner des ruptures fragiles, souvent en ZAT ou ZF, initiĂ©es dans des zones de concentration de contraintes.
  • Microstructure fragile : Structure mĂ©tallurgique susceptible de favoriser la fissuration Ă  froid, notamment la martensite ou la bainite, formĂ©e lors du refroidissement rapide ou par certains cycles thermiques.
  • Carbone Ă©quivalent (Ceq) : Indicateur calculĂ© Ă  partir de la composition chimique permettant d’évaluer 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, l’arrachement 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.

Points essentiels

  • La soudabilitĂ© des aciers non alliĂ©s dĂ©pend principalement de leur composition chimique, de leur microstructure et des contraintes rĂ©siduelles gĂ©nĂ©rĂ©es lors du soudage.
  • La formation de fissures Ă  froid rĂ©sulte de la combinaison de trois facteurs : contraintes rĂ©siduelles, prĂ©sence d’hydrogĂšne 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 d’évaluer la trempabilitĂ© d’un 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 l’hydrogĂšne dissous, utiliser des procĂ©dĂ©s Ă  faible hydrogĂšne, et contrĂŽler la vitesse de refroidissement pour Ă©viter la microstructure fragile.
  • La maĂźtrise des paramĂštres de soudage, la sĂ©lection des matĂ©riaux, et le contrĂŽle de la composition chimique (notamment le Ceq) sont essentiels pour garantir la soudabilitĂ©.

À 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.

2. Fissuration Ă  froid

Notions clés & Définitions

  • Fissuration Ă  froid : fissures transgranulaires ou intergranulaires apparaissant en dessous de 150°C, souvent en ZAT ou ZF, provoquant des ruptures fragiles. Elles s’initient prĂ©fĂ©rentiellement dans les zones prĂ©sentant un effet d’entaille gĂ©omĂ©trique (zones de concentration de contraintes).
  • Origines : principalement la fissuration Ă  froid due Ă  l’effet combinĂ© de contraintes rĂ©siduelles, de la prĂ©sence d’hydrogĂšne diffusible ou rĂ©siduel, et d’une microstructure fragile (ex. : martensite).
  • MĂ©canisme : lors du refroidissement, l’hydrogĂšne dissous dans la zone soudĂ©e diffuse vers la zone d’attente (ZAT), oĂč il favorise la transformation en martensite, augmentant les contraintes internes et provoquant la fissure. La diffusion d’hydrogĂšne de la ZF vers la ZAT, la transformation en martensite, et la concentration en hydrogĂšne sont les Ă©tapes clĂ©s.
  • Microstructure fragile : structures mĂ©tallurgiques telles que martensite ou bainite, qui favorisent la fissuration Ă  froid. La taille de grain trĂšs 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© d’hydrogĂšne diffusible introduite dans la soudure.
  • ContrĂŽles et essais : dĂ©tection par magnĂ©toscopie, ultrasons, et essais spĂ©cifiques (TEKKEN, CTS, IMPLANT) pour vĂ©rifier la prĂ©sence de fissures aprĂšs soudage.

Points essentiels

  • La fissuration Ă  froid se manifeste par des fissures transversales ou longitudinales, souvent en ZAT ou ZF, en dessous de 150°C, et peut entraĂźner des ruptures fragiles.
  • La formation de fissures dĂ©pend de trois facteurs conjuguĂ©s : l’intensitĂ© des contraintes rĂ©siduelles, la teneur en hydrogĂšne diffusible ou rĂ©siduel, et la microstructure fragile (martensite, bainite). La suppression d’un 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 mĂ©tallurgique, dĂ©terminĂ©e par les courbes TRCS.
  • La diffusion d’hydrogĂšne, provenant de l’humiditĂ©, 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 d’évaluer la trempabilitĂ© et la tendance Ă  la formation de structures fragiles.
  • Le mĂ©canisme de fissuration en ZAT suit une Ă©tape oĂč l’hydrogĂšne 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 jusqu’à 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 l’hydrogĂšne diffusible (procĂ©dĂ©s Ă  bas hydrogĂšne, dĂ©soxydation, post-chauffage), et la modification de la microstructure (prĂ©chauffage, refroidissement contrĂŽlĂ©).

À retenir

La fissuration Ă  froid rĂ©sulte de l’interaction 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 l’hydrogĂšne, et de la gestion thermique.

3. Vieillissement aciers

Notions clés & Définitions

  • Vieillissement : perte de ductilitĂ© pour les aciers ferritiques ou ferrito-perlitiques, pouvant entraĂźner une rupture fragile par clivage. Il est rĂ©versible mais tend Ă  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 l’acier. (source : section 3.1)
  • Facteurs favorisant le vieillissement : Ă©lĂ©ments chimiques ou conditions qui accĂ©lĂšrent la prĂ©cipitation de Fe4N, notamment :
    • N > 0,01% (source : section 3.2)
    • Manque de composĂ©s comme Al, Si ou B pour former d’autres nitrures non fragilisants (source : section 3.2)
    • Mise en solution d’azote 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)
    • MĂ©tal Ă©croui (source : section 3.2)
  • PrĂ©vention du vieillissement : limiter l’introduction d’azote dans le bain de fusion en Ă©vitant arcs longs et courants d’air, utiliser des mĂ©taux de base avec N<0,01% et Al>0,02% (source : section 3.3)

Points essentiels

  • Le vieillissement est principalement dĂ» Ă  la prĂ©cipitation de nitrures de fer Fe4N dans la ferrite, ce qui entraĂźne une fragilisation par clivage.
  • La formation de Fe4N est favorisĂ©e par la prĂ©sence d’un excĂšs d’azote (N>0,01%) et par un manque de composĂ©s comme Al, Si ou B.
  • La mise en solution d’azote lors du soudage, si elle dĂ©passe la solubilitĂ©, accĂ©lĂšre le vieillissement.
  • La prĂ©vention consiste Ă  limiter l’introduction d’azote, Ă  utiliser des matĂ©riaux avec N<0,01% et Al>0,02%, et Ă  Ă©viter les arcs longs ou courants d’air lors du soudage.
  • La prĂ©cipitation de nitrures de fer est une rĂ©action chimique spĂ©cifique, et le traitement thermique Ă  200°C peut favoriser ou limiter ce phĂ©nomĂšne selon les conditions.

À 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©.

4. Arrachement lamellaire

Notions clés & Définitions

  • Arrachement lamellaire : Fissures affectant les soudures en angle sur des produits Ă©pais, suivant le fibrage de l’acier, 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  l’arrachement lamellaire.
  • Contraintes rĂ©siduelles : Contraintes internes gĂ©nĂ©rĂ©es lors du soudage, prĂ©sentes dans le sens travers court, qui favorisent l’apparition de fissures lamellaires.
  • MĂ©taux de base rĂ©sistants Ă  l’arrachement : Acier de qualitĂ© Z15, Z25 ou Z35, garantissant un certain pourcentage d’allongement dans le sens travers court, limitant la propagation des fissures.
  • ContrĂŽle par ultrasons : Technique de vĂ©rification permettant de dĂ©tecter l’état inclusionnaire du mĂ©tal de base, essentiel pour prĂ©venir l’arrachement lamellaire.
  • Conception pour rĂ©duire les contraintes : Approche visant Ă  Ă©viter l’assemblage en angle, rĂ©duire le taux de bridage, optimiser la sĂ©quence de soudage ou utiliser un mĂ©tal d’apport de faible rĂ©sistance pour limiter les contraintes rĂ©siduelles.

Points essentiels

  • L’arrachement lamellaire se manifeste par des fissures suivant le fibrage de l’acier, principalement sur produits Ă©pais.
  • La cause principale est la faible rĂ©sistance Ă  la traction dans le sens travers court, accentuĂ©e par l’état inclusionnaire du mĂ©tal de base et les contraintes rĂ©siduelles du soudage.
  • La prĂ©vention repose sur l’utilisation d’un mĂ©tal de base non sensible Ă  ce type de fissure (qualitĂ© Z15, Z25 ou Z35), le contrĂŽle par ultrasons pour vĂ©rifier l’état inclusionnaire, et des mesures de conception pour rĂ©duire les contraintes (ex. : Ă©vitement de l’angle, rĂ©duction du bridage, optimisation de la sĂ©quence).
  • La rĂ©alisation d’un 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 l’apparition de fissures lamellaires.

À retenir

L’arrachement lamellaire est une fissure liĂ©e Ă  la faiblesse du mĂ©tal dans le sens travers court, que l’on peut prĂ©venir en utilisant des mĂ©taux de base adaptĂ©s, en contrĂŽlant l’état inclusionnaire, et en concevant l’assemblage pour limiter les contraintes rĂ©siduelles.

5. Fissuration au réchauffage

Notions clés & Définitions

  • 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 d’un 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 d’élĂ©ments.

  • Contraintes rĂ©siduelles : contraintes internes prĂ©sentes dans la piĂšce suite au processus de soudage, pouvant favoriser la formation de fissures lors du rĂ©chauffage.

  • Composition chimique : Ă©lĂ©ments d’alliage 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 d’impuretĂ©s.

  • Structure : caractĂ©ristiques microstructurales de l’acier, notamment la prĂ©sence de gros grains, prĂ©cipitations de carbures ou sĂ©grĂ©gations d’impuretĂ©s, qui favorisent la fragilitĂ© Ă  haute tempĂ©rature.

Points essentiels

  • La fissuration au rĂ©chauffage survient principalement entre 350°C et 700°C, souvent lors de traitements thermiques ou soudures multipasses, sous l’effet de contraintes rĂ©siduelles Ă©levĂ©es, composition chimique dĂ©favorable ou structure microstructurale fragile.

  • La cause principale est le manque de ductilitĂ© en ZAT ou ZF Ă  haute tempĂ©rature, combinĂ© Ă  la dĂ©formation du mĂ©tal suite Ă  dĂ©tensionnement.

  • La formation de fissures est accentuĂ©e par la prĂ©sence d’impuretĂ©s (notamment P, S, Sn, Sb, As) ou d’élĂ©ments d’addition (Cr, Mo, V, Nb, B, Al, Cu) qui favorisent la prĂ©cipitation de carbures ou la sĂ©grĂ©gation.

  • La sĂ©grĂ©gation d’impuretĂ©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 d’aciers Ă  faible teneur en impuretĂ©s ou stabilisĂ©s), et l’optimisation des paramĂštres de soudage (rĂ©duction des contraintes, contrĂŽle de la tempĂ©rature).

  • Des traitements thermiques comme le recuit ou l’hypertrempe, ainsi que la rĂ©duction de la vitesse de chauffage et de refroidissement, permettent d’attĂ©nuer la formation de carbures et de sĂ©grĂ©gations, limitant ainsi le risque de fissuration.

À retenir

La fissuration au rĂ©chauffage est principalement causĂ©e par la prĂ©cipitation de carbures et la sĂ©grĂ©gation d’impuretĂ©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.

6. Fissuration Ă  chaud

Notions clés & Définitions

  • Fissuration Ă  chaud : Fissures intergranulaires qui se forment lors de la solidification en ZF, principalement sur les inox austĂ©nitiques, dues aux contraintes durant la solidification et Ă  un intervalle de solidification important. (source : dĂ©finition gĂ©nĂ©rale)

  • Fissures lors de solidification en ZF : Fissures qui apparaissent dans la zone de fusion lors du refroidissement, liĂ©es aux contraintes de solidification et Ă  la sĂ©grĂ©gation des Ă©lĂ©ments chimiques. (source : dĂ©finition gĂ©nĂ©rale)

  • Contraintes de solidification : Contraintes gĂ©nĂ©rĂ©es par le refroidissement et la contraction du mĂ©tal lors de la solidification, accentuĂ©es par le coefficient de dilation du matĂ©riau, le volume et la forme de la ZF, ainsi que par la sĂ©grĂ©gation. (source : facteurs de la fissuration Ă  chaud)

  • SĂ©grĂ©gation : PhĂ©nomĂšne de concentration locale d’élĂ©ments chimiques lors de la solidification, augmentant l’intervalle 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 l’intervalle 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 l’intervalle de solidification, et l’utilisation d’alliages Ă  faible intervalle de solidification. (source : prĂ©vention)

  • RĂ©duction de la vitesse de soudage : Technique pour diminuer l’intervalle de solidification et la sĂ©grĂ©gation, limitant ainsi la formation de fissures. (source : prĂ©vention)

  • Utilisation d’alliages Ă  faible intervalle de solidification : Choix d’alliages dont la vitesse de solidification est faible, ce qui limite la sĂ©grĂ©gation et le risque de fissuration Ă  chaud. (source : prĂ©vention)

Points essentiels

  • La fissuration Ă  chaud concerne principalement les inox austĂ©nitiques, mais peut aussi affecter certains aciers non ou faiblement alliĂ©s. Elle se manifeste sous forme de fissures interdentritiques lors de la solidification en ZF.

  • Les deux principaux facteurs favorisant cette fissuration sont :

    1. 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.
    2. La sĂ©grĂ©gation, qui augmente l’intervalle de solidification, notamment avec une vitesse de soudage Ă©levĂ©e ou une diffusivitĂ© Ă©levĂ©e des Ă©lĂ©ments chimiques.
  • La sĂ©grĂ©gation favorise la formation de composĂ©s eutectiques (ex : S et P) qui fragilisent la zone de fusion, augmentant le risque de fissures.

  • La prĂ©vention repose sur deux axes principaux :

    • Diminuer les contraintes par la modification de la conception, l’optimisation de la sĂ©quence de soudage, la rĂ©duction du volume de bain de fusion, et le bridage.
    • RĂ©duire l’intervalle 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 l’intervalle de solidification, diminuant ainsi la probabilitĂ© de fissuration.

  • L’utilisation d’alliages Ă  faible intervalle de solidification, comme certains alliages eutectiques, permet de limiter la formation de fissures lors de la solidification.

À 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 d’alliages adaptĂ©s.

7. Soudabilité inox

Notions clés & Définitions

  • Fissuration Ă  chaud (inox austĂ©nitique) : Formation de fissures inter dendritiques lors de la solidification en ZF, causĂ©e 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 mĂ©caniques et de sĂ©grĂ©gation lors du refroidissement, principalement dans la zone de solidification.

  • Contraintes de solidification : Contraintes gĂ©nĂ©rĂ©es par la diffĂ©rence de coefficient de dilation entre le mĂ©tal de base et la zone de fusion, le volume et la forme de la ZF, ainsi que par la sĂ©grĂ©gation et la diffusivitĂ© des Ă©lĂ©ments chimiques.

  • SĂ©grĂ©gation : PhĂ©nomĂšne de concentration locale d’élĂ©ments chimiques dans la ZF, augmentant l’intervalle 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 l’intervalle 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, l’optimisation 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 l’énergie de soudage.

  • Utilisation d’alliages Ă  faible intervalle de solidification : Choix d’alliages eutectiques ou Ă  faible taux de sĂ©grĂ©gation pour limiter l’intervalle de solidification et rĂ©duire le risque de fissuration.

Points essentiels

  • La fissuration Ă  chaud concerne principalement les inox austĂ©nitiques, mais peut aussi toucher certains aciers non ou faiblement alliĂ©s 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 l’un ou l’autre favorise la formation de fissures.

  • La sĂ©grĂ©gation augmente l’intervalle 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 l’énergie de soudage.

  • La diminution de l’intervalle de solidification passe par la rĂ©duction de la vitesse de soudage ou l’utilisation d’alliages eutectiques ou Ă  faible sĂ©grĂ©gation.

  • La prĂ©vention efficace consiste Ă  rĂ©duire Ă  la fois les contraintes rĂ©siduelles et l’intervalle de solidification, en combinant modifications de procĂ©dĂ©, conception, et choix d’alliages.

À 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 d’alliages adaptĂ©s Ă  faible intervalle de solidification.

8. Inox austénitique

Notions clés & Définitions

  • Grossissement du grain : Augmentation de la taille des grains mĂ©talliques lors de la surchauffe, entraĂźnant une microstructure plus grossiĂšre. La structure granulaire s’affine lors du refroidissement, mais peut se dĂ©tĂ©riorer en cas de surchauffe.
  • Surchauffe des aciers : TempĂ©rature excessive dĂ©passant la tempĂ©rature de rĂ©gĂ©nĂ©ration (~900°C) ou la tempĂ©rature 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 s’accompagne d’un affinement de la microstructure.
  • TempĂ©rature de rĂ©gĂ©nĂ©ration : TempĂ©rature autour de 900°C oĂč la microstructure s’affine, permettant de restaurer la ductilitĂ© et la tĂ©nacitĂ© de l’acier.
  • TempĂ©rature de surchauffe : TempĂ©rature d’environ 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 l’état d’équilibre, dĂ©pendant du comportement mĂ©tallurgique, des tempĂ©ratures maximales atteintes et du temps en tempĂ©ratures.
  • SensibilitĂ© Ă  la surchauffe et Ă  la croissance du grain : La microstructure peut devenir plus grossiĂšre en cas de surchauffe, ce qui rĂ©duit la ductilitĂ©, la rĂ©sistance mĂ©canique et augmente la fragilitĂ©.
  • Effets sur la microstructure et les propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques : La croissance du grain diminue la rĂ©sistance mĂ©canique, la ductilitĂ©, et favorise la fragilisation, notamment par la formation de phases fragiles ou la dĂ©gradation de la cohĂ©sion interne.

Points essentiels

  • La transformation cristalline CC Ă  CFC est caractĂ©ristique des aciers transformables, permettant un affinage de la microstructure lors du refroidissement.
  • La surchauffe (>1100°C) provoque un grossissement du grain, ce qui altĂšre nĂ©gativement les propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques, notamment la ductilitĂ© et la rĂ©sistance.
  • La tempĂ©rature de rĂ©gĂ©nĂ©ration (~900°C) permet de restaurer la microstructure fine et d’éviter la croissance excessive du grain.
  • Lors du chauffage en ZAT, la microstructure Ă©volue vers l’état d’équilibre, influencĂ©e par la vitesse de chauffage, la composition chimique, et la durĂ©e en tempĂ©ratures Ă©levĂ©es.
  • La sensibilitĂ© Ă  la croissance du grain dĂ©pend de la tempĂ©rature et du temps de sĂ©jour, avec un risque accru en cas de surchauffe prolongĂ©e.
  • La croissance du grain et la surchauffe modifient la microstructure, ce qui impacte directement les propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques : diminution de la ductilitĂ©, augmentation de la fragilitĂ©, et potentiel de fissuration.

À retenir

La croissance du grain due Ă  la surchauffe, notamment lors du chauffage en ZAT, dĂ©grade les propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques de l’acier, tandis que la rĂ©gĂ©nĂ©ration Ă  environ 900°C permet de prĂ©server une microstructure fine et performante.

Tableaux de SynthĂšse

CritĂšreFissuration Ă  froidVieillissement aciers
Facteurs principauxContraintes rĂ©siduelles, hydrogĂšne diffusible, microstructure fragile (martensite, bainite)PrĂ©cipitation de nitrures de fer Fe4N, N > 0,01%, manque d’élĂ©ments comme Al, Si, B
Microstructure concernéeMartensite, bainite, grains trÚs fins ou trÚs grosFerrite, ferrito-perlite, précipitation de nitrures
MĂ©canisme principalDiffusion d’hydrogĂšne favorisant la transformation en martensite, fissure en ZAT ou ZFPrĂ©cipitation de nitrures fragilisants dans la ferrite
Moyens de préventionLimiter contraintes, réduire hydrogÚne, contrÎle thermiqueLimiter azote, utiliser matériaux avec N<0,01%, éviter arcs longs
Essais de détectionMagnétoscopie, ultrasons, tests spécifiques (TEKKEN, CTS, IMPLANT)ContrÎles métallurgiques, analyse chimique

PiÚges & Confusions Fréquentes

  1. Confondre fissuration à froid et fissuration à chaud, qui ont des mécanismes et conditions différentes.
  2. Sous-estimer l’impact de la microstructure fragile, notamment la formation de martensite ou bainite, dans la fissuration à froid.
  3. Croire que la rĂ©duction de contraintes rĂ©siduelles seule suffit Ă  prĂ©venir la fissuration Ă  froid, alors que l’hydrogĂšne et la microstructure jouent un rĂŽle clĂ©.
  4. Confondre le vieillissement avec la corrosion ou d’autres formes de dĂ©gradation.
  5. NĂ©gliger l’effet de la composition chimique, notamment la teneur en azote, sur la prĂ©cipitation de nitrures.
  6. Omettre de vérifier la microstructure ou la composition chimique lors du contrÎle aprÚs soudage.
  7. Confondre la prĂ©cipitation de nitrures avec d’autres phĂ©nomĂšnes de prĂ©cipitation ou d’alliages secondaires.

Checklist Examen

  1. Connaßtre la définition de la soudabilité selon la capacité à éviter fissures ou défauts lors du soudage.
  2. Expliquer le mĂ©canisme de fissuration Ă  froid, notamment le rĂŽle de l’hydrogĂšne diffusible et de la microstructure fragile.
  3. Maßtriser la formule du carbone équivalent (Ceq) et son utilisation pour évaluer la trempabilité et le risque de fissuration fragile.
  4. Identifier les procédés de soudage à faible hydrogÚne diffusible (TIG, MAG, électrodes basiques).
  5. Décrire les conditions favorisant la formation de microstructures fragiles (martensite, bainite) lors du refroidissement.
  6. ConnaĂźtre les moyens de prĂ©vention de la fissuration Ă  froid : contrĂŽle thermique, rĂ©duction de l’hydrogĂšne, gestion des contraintes.
  7. Comprendre le phénomÚne de vieillissement par précipitation de nitrures Fe4N dans la ferrite.
  8. Identifier les facteurs favorisant le vieillissement : N > 0,01%, absence d’élĂ©ments comme Al, Si, B, mise en solution d’azote.
  9. ConnaĂźtre les mesures pour limiter le vieillissement : matĂ©riaux avec N<0,01%, Ă©viter arcs longs, limiter l’introduction d’azote.
  10. Savoir utiliser les essais non destructifs pour détecter la fissuration à froid (magnétoscopie, ultrasons).
  11. ConnaĂźtre l’impact de la microstructure sur la susceptibilitĂ© Ă  la fissuration Ă  froid.
  12. 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).

Test your knowledge

Test your knowledge on Crise de fissuration et vieillissement des aciers with 8 multiple-choice questions with detailed corrections.

1. Quelle formule donne le carbone équivalent (Ceq) utilisé pour évaluer la trempabilité des aciers non alliés ?

2. Quelle est la propriété essentielle de la microstructure responsable de la fissuration à froid dans les aciers ?

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Memorize the key concepts of Crise de fissuration et vieillissement des aciers with 16 interactive flashcards.

SoudabilitĂ© aciers non alliĂ©s — dĂ©finition ?

CapacitĂ© Ă  ĂȘtre soudĂ© sans dĂ©fauts ni fissures.

Fissuration Ă  froid — tempĂ©rature ?

En dessous de 150°C.

Microstructure fragile — exemples ?

Martensite, bainite.

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