Prendre l'acier à ressort 82B comme exemple
Le 82B est un acier à ressorts à haute teneur en carbone caractérisé par une résistance et une dureté élevées, mais il est très sensible aux inclusions, à la ségrégation, aux défauts de surface, aux contraintes résiduelles et aux facteurs environnementaux. La défaillance d'un ressort n'est généralement pas causée par un seul facteur, mais est le résultat combiné des matériaux, des processus de fabrication et des conditions de fonctionnement.
1. Étape de fusion : qualité de l’acier liquide.
1.1 Inclusions non-métalliques
Problème:Les inclusions non-métalliques telles que Al₂O₃ et les silicates produits pendant le processus de désoxydation de l'acier en fusion ne parviennent pas à flotter suffisamment et restent dans l'acier.
Mécanisme:Les inclusions non-métalliques ont une faible force de liaison avec la matrice en acier. Lors du laminage et de l'étirage à froid, ils vont être allongés ou écrasés, formant localement des zones discontinues. Lorsque le ressort est soumis à des contraintes, une concentration de contraintes se produit sur les bords des inclusions et des microfissures ont tendance à se former à partir de là.
Conséquences:
- Rupture de fil pendant le processus de tréfilage
- Diminution de la durée de vie en fatigue du ressort
- Fracture précoce pendant l'utilisation
- La surface de la fracture peut montrer des sources d'initiation de fissures d'inclusion
1.2 Contrôle inapproprié de la composition chimique
1.2.1 Ségrégation du carbone
Problème:Le 82B a une teneur élevée en carbone. Au cours du processus de solidification de la coulée continue, les éléments carbonés sont sujets à un enrichissement ou à un épuisement dans la zone centrale.
Mécanisme:La ségrégation du carbone entraînera une microstructure transversale inégale. La dureté de la zone centrale à haute teneur en carbone augmente et la ténacité diminue. Lors d'un étirage à froid ou d'un enroulement de ressort ultérieur, la zone centrale est difficile à déformer de manière synchrone avec la couche externe, ce qui produit facilement des fissures internes.
Conséquences:
- Dureté inégale
- Division centrale
- Fracture de la cupule-et-du cône
- Grande dispersion dans la durée de vie du ressort
1.2.2 Éléments nocifs tels que P et S
Problème:Une déphosphoration et une désulfuration incomplètes conduisent à une teneur élevée en P et S.
Mécanisme:Le P se sépare facilement aux joints de grains, affaiblissant la force de liaison aux joints de grains et provoquant une fragilité à froid. S forme facilement des inclusions de MnS, qui s'étendent dans le sens de la longueur après le laminage et l'étirage, devenant ainsi des chemins de propagation de fissures.
Conséquences:
- Diminution de la ténacité du matériau
- Sujet à une rupture fragile dans des conditions de basse température ou d'impact
- Résistance à la fatigue réduite
1.3 Teneur anormale en gaz
1.3.1 Teneur élevée en hydrogène
Problème:Un dégazage de raffinage insuffisant, des matières premières contenant de l'eau ou un mauvais contrôle du processus sont la causel'hydrogène pour entrer dans l'acier.
Mécanisme:Les atomes d'hydrogène s'agrègent vers les inclusions, les joints de grains, les dislocations et les zones de contrainte de traction résiduelle, réduisant ainsi la force de liaison entre les atomes métalliques, provoquant une fissuration fragile du matériau avant d'atteindre sa limite de résistance normale.
Conséquences:
Fragilisation par l'hydrogène
Fracture retardée
Aucune déformation plastique évidente
Fracture soudaine pendant l'utilisation ou le stockage
1.3.2 Teneur élevée en oxygène
Problème:Désoxydation insuffisante, entraînant une teneur élevée en oxygène total.
Mécanisme:Plus la teneur en oxygène est élevée, plus il y a d'inclusions d'oxydes. Les inclusions d'oxydes sont généralement dures et cassantes, ce qui rend difficile la coordination de la déformation lors du traitement du plastique, devenant ainsi sources de fissures de fatigue.
Conséquences:
Diminution de la plasticité
Diminution de la ténacité
Rupture de fil lors du tréfilage
Durée de vie réduite en fatigue
