A5 Fragilisation (Hydrogène et Trempe)

Topique

La pression partielle d'hydrogène à laquelle ce métal est exposé, que ce soit lors de sa fabrication ou de son utilisation, détermine, selon la loi de Sieverts, la solubilité de l'hydrogène dissous dans le métal : plus cette pression partielle est élevée, plus l'hydrogène dissous peut pénétrer dans le réseau cristallin du métal avant saturation. Une pression partielle d'hydrogène plus élevée signifie également, selon la loi de Sieverts, que la solubilité de l'hydrogène dissous dans le métal est plus importante.

Lorsque la concentration d'hydrogène dissous dans le métal dépasse un certain seuil, le matériau devient cassant : au-delà de ce seuil, l'hydrogène dissous affaiblit les liaisons métalliques à l'extrémité des fissures, réduisant ainsi la ténacité à la rupture effective du métal en deçà de celle obtenue par un autre modèle de ce système sans hydrogène dissous. Une concentration d'hydrogène dissous plus élevée, supérieure à ce seuil, entraîne une diminution de la ténacité à la rupture effective.

Indépendamment de cet hydrogène dissous, le gradient thermique généré au sein du métal lors de la trempe (sa surface se refroidissant beaucoup plus rapidement que son cœur) induit une contrainte résiduelle de trempe, comme le décrit en détail un autre modèle de cet ensemble : la surface, déjà rigide, empêche la contraction du cœur encore chaud, le maintenant sous cette contrainte résiduelle, susceptible d’entraîner une fissuration, même en l’absence d’hydrogène dissous. Un gradient thermique plus prononcé lors de la trempe engendre une contrainte résiduelle plus importante et, par conséquent, augmente la probabilité de fissuration. Ainsi, ce modèle, intégrant l’hydrogène dissous et la contrainte résiduelle de trempe à l’origine de la fissure, montre que ces deux facteurs, agissant conjointement sur la même fissure, produisent une vitesse de propagation de fissure assistée par l’hydrogène, vitesse qu’aucun des deux ne produirait séparément : la contrainte résiduelle de trempe maintient l’extrémité de la fissure sous tension, attirant l’hydrogène dissous. Cet hydrogène, déjà diffusé jusqu’à ce point selon le coefficient de diffusion établi par un autre modèle de cet ensemble, continue de fragiliser localement cette même extrémité de fissure, lui permettant de se propager. Une contrainte de trempe résiduelle plus élevée, ou une concentration plus élevée d'hydrogène dissous diffusant vers l'extrémité de la fissure, entraîne une vitesse de propagation de fissure assistée par l'hydrogène plus élevée.

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