Des matières premières de haute qualité sont essentielles à la fabrication de fixations de haute qualité. Pourtant, de nombreux produits de fabricants de fixations présentent des fissures. Pourquoi ?

Actuellement, les spécifications courantes des fils machine en acier de construction au carbone fournis par les aciéries chinoises sont de φ 5,5 à φ 45, la plage la plus répandue étant de φ 6,5 à φ 30. La ségrégation du phosphore est à l'origine de nombreux défauts de qualité, notamment dans les fils machine et les barres de petit diamètre. L'influence de la ségrégation du phosphore et l'analyse de la formation des fissures sont présentées ci-dessous à titre de référence. L'ajout de phosphore dans le diagramme de phase fer-carbone entraîne la fermeture du domaine de la phase austénitique et augmente inévitablement l'écart entre le solidus et le liquidus. Lors du refroidissement d'un acier contenant du phosphore de l'état liquide à l'état solide, celui-ci doit traverser une large plage de températures.

La diffusion du phosphore dans l'acier est lente, et le fer en fusion, riche en phosphore (point de fusion bas), est saturé de dendrites en phase de solidification précoce, ce qui entraîne une ségrégation du phosphore. Pour les produits présentant fréquemment des fissures lors du forgeage ou de l'extrusion à froid, l'examen métallographique révèle une distribution de la ferrite et de la perlite en bandes, avec une matrice de ferrite blanche rubanée. Des inclusions de sulfures gris clair, discontinues, parsèment cette matrice. La structure rubanée des sulfures est appelée « ligne fantôme » en raison de la ségrégation des sulfures.
La raison est que la zone présentant une forte ségrégation du phosphore se caractérise par une zone blanche brillante dans la zone d'enrichissement en phosphore. Dans la brame de coulée continue, en raison de la forte teneur en phosphore dans cette zone blanche, les cristaux colonnaires riches en phosphore se concentrent, réduisant ainsi la teneur totale en phosphore. Lors de la solidification de la billette, les dendrites d'austénite se séparent d'abord de l'acier en fusion. La teneur en phosphore et en soufre de ces dendrites diminue, mais l'acier en fusion solidifié contient encore du phosphore et du soufre. La solidification se produit entre les axes dendritiques en raison de la forte concentration en phosphore et en soufre. À ce moment-là, des sulfures se forment et le phosphore se dissout dans la matrice. Par conséquent, en raison de la forte teneur en phosphore et en soufre, la teneur en carbone de la solution solide de phosphore est élevée. De part et d'autre de la bande carbonée, c'est-à-dire de la zone enrichie en phosphore, se forme une longue et étroite bande de perlite discontinue, parallèle à la bande blanche de ferrite, séparant les tissus normaux adjacents. Sous l'effet de la pression de chauffage, la billette s'étend dans le sens de l'usinage entre les arbres, car la bande de ferrite contient une forte concentration de phosphore. Cette ségrégation du phosphore entraîne la formation d'une large bande de ferrite brillante et dense. On observe également des bandes de sulfures gris clair au sein de cette large bande, réparties le long d'une longue bande de ferrite riche en sulfures et en phosphore, que l'on appelle généralement « ligne fantôme » (voir figure 1-2).

Boulon à bride

Lors du laminage à chaud, la présence de ségrégation du phosphore empêche l'obtention d'une microstructure uniforme. Plus important encore, la formation de lignes fantômes due à cette ségrégation réduit inévitablement les propriétés mécaniques du matériau. Si la ségrégation du phosphore est fréquente dans les aciers au carbone, son degré varie. Une ségrégation importante (lignes fantômes) a des effets extrêmement néfastes sur l'acier. Elle est notamment responsable de la fissuration lors du formage à froid. La teneur en phosphore étant variable d'un grain à l'autre, le matériau présente des résistances et une dureté différentes. Par ailleurs, elle génère des contraintes internes qui le rendent plus fragile. Dans les matériaux présentant des lignes fantômes, la diminution de la dureté, de la résistance, de l'allongement à la rupture et la réduction de section, notamment la diminution de la résilience, démontrent l'importance de la teneur en phosphore sur la structure et les propriétés de l'acier.
Dans la zone de « ligne fantôme » au centre du champ de vision, une grande quantité de sulfure gris clair et fin a été détectée par métallographie. Les inclusions non métalliques dans l'acier de construction se présentent principalement sous forme d'oxydes et de sulfures. Selon la norme GB/T10561-2005 (Diagramme de classification de la teneur en inclusions non métalliques dans l'acier), la teneur en sulfure des inclusions de classe B est supérieure ou égale à 2,5. Les inclusions non métalliques constituent une source potentielle de fissuration. Leur présence compromet sérieusement la continuité et la compacité de la structure en acier, réduisant ainsi considérablement la résistance intergranulaire.
On suppose que les sulfures présents dans la structure interne de l'acier, formant une sorte de « ligne fantôme », constituent la zone la plus susceptible de se fissurer. De ce fait, un grand nombre de fixations se sont fissurées lors du forgeage à froid et de la trempe après traitement thermique sur le site de production, en raison de la présence d'une grande quantité de sulfures allongés gris clair. Ce réseau non tissé a altéré la continuité des propriétés du métal et accru les risques de fissuration lors du traitement thermique. La « ligne fantôme » ne peut être éliminée par normalisation ni par d'autres méthodes ; les impuretés doivent donc être strictement contrôlées avant la fusion ou l'entrée des matières premières dans l'usine. Selon leur composition et leur déformabilité, les inclusions non métalliques sont classées en alumine (type A), silicate (type C) et oxyde sphérique (type D). Leur apparition interrompt la continuité du métal et, après écaillage, elles forment des piqûres ou des fissures, ce qui favorise la formation de fissures lors du forgeage à froid et provoque une concentration de contraintes pendant le traitement thermique, entraînant ainsi des fissures de trempe. Par conséquent, les inclusions non métalliques doivent être rigoureusement contrôlées. Les normes actuelles relatives aux aciers de construction au carbone GB/T700-2006 et GB T699-2016 définissent les exigences en matière d'inclusions non métalliques. Pour les pièces importantes, on utilise généralement les séries grossières de type A, B et C, la série fine ne dépassant pas 1,5, les systèmes grossiers de type D et Ds, et le niveau 2 ne dépassant pas le niveau 2.

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