Application of austempering and appopriate surface treatment to high strength screws and bolts.
Application des structures bainitiques par transformation isotherme et d'un traitement de surface adapté aux vis à haute résistance
Résumé
In the objective to prevent brittle fracture due to hydrogen (internal or external origins), the usages of mechanicalfastening parts is restricted above 1000 MPa. As already experienced on low-thickness flat products (clips), thebainitic microstructure generated by salt bath quenching is not subjected to hydrogen embrittlement. The target ofthe present study consists in setting up the required knowledge to extend this process to massive parts.In addition to its resistance to hydrogen, only the lower-bainite microstructure is able to meet the mechanicalpropertyspecifications for fasteners. The optimization tool developed in the present framework, has been designedto integrate the particularities of the austenite to lower bainite transformation in salt bath, as well as the ability tosustain cold forming after annealing treatment.A set of mechanical characterizations has been performed on hydrogen saturated bolts. Under a load of 1370 MPa,the bainitic structure has not shown any sign brittle fracture, while it has systematically been the case for thetempered martensitic structure. Furthermore, among the ternary alloys Al-Zr-Zn that can be deposed in vapor phase,a sacrificial grade presenting a protection effect has been identified. However, this effect must be furtherinvestigated, in order to determine the interest for fastening applications.
La fragilité reconnue des fixations mécaniques conduit à limiter leur utilisation à 1000 MPa afin d'éviter les risquesde rupture fragile par hydrogène, que celui-ci soit d'origine interne ou externe. Connue sur des produits plats defaible épaisseur (clips), la microstructure bainitique obtenue lors de la trempe dans un bain de sels ne présente pasde fragilité liée à l'hydrogène. Cette étude vise à apporter aux industriels les connaissances nécessaires àl'application de ce procédé à des pièces massives.Au-delà de sa résistance à l'hydrogène, seule la microstructure constituée de bainite inférieure peut satisfaire auxexigences de propriétés mécaniques attendues dans les fixations. L'outil d'optimisation de la composition chimiquede l'acier créé permet d'intégrer les critères propres à la transformation de l'austénite en bainite inférieure partrempe isotherme dans un bain de sels mais aussi de prendre en compte l'aptitude de l'acier à être déformé à froidaprès un recuit d'adoucissement préalable.La caractérisation de la sensibilité à l'hydrogène faite sur des goujons après chargement à saturation en hydrogènemontre qu'à 1370 MPa, l'acier à structure bainitique ne présente pas de rupture fragile par l'hydrogène comparé aumême acier à structure martensitique revenue qui est systématiquement fragile. En parallèle, parmi les alliagesternaires Al-Zr-Zn déposés par un procédé de dépôt physique en phase vapeur, il a été possible d'identifier unenuance sacrificielle dont l'effet protecteur vis-à-vis des fixations devra encore faire l'objet d'investigations.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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