Fragilisation par l'hydrogène
La fragilisation par l'hydrogène est un phénomène qui provoque la fissuration des métaux. Le rôle de l'hydrogène dissout dans un métal est connu depuis la fin du XIXe siècle.
L'hydrogène peut se mettre en solution :
- au cours de l'élaboration du métal (hydrogène endogène) — réduction du minerai, coulée du lingot ou coulée continue —, d'où l'importance du dégazage du métal en fusion et de la maîtrise de l'humidité ;
- au cours d'une réaction chimique volontaire, comme l'électrozingage et de manière générale les réactions électrolytiques ;
- lors du soudage ;
- lors de la corrosion.
Mécanismes de fragilisation
L'hydrogène fragilise le métal selon plusieurs mécanismes[1] :
- pression interne d'hydrogène : l'hydrogène dissout peut se recombiner dans une cavité (pore) pour former une « bulle » ; si la pression dans cette cavité devient importante, typiquement 105 Pa, cela peut provoquer une fissure, mais une telle situation nécessite une fugacité importante, que l'on rencontre en cas de réaction d'oxydo-réduction en milieu aqueux (mais pas en atmosphère d'hydrogène) ;
- affaiblissement des liaisons entre les atomes : les atomes d'hydrogène, en se glissant entre les atomes de métal (site interstitiel), diminueraient la résistance à la rupture du métal ; cela nécessite une concentration importante d'hydrogène, que l'on peut rencontrer en fond de fissure (l'état de contrainte triaxial distord le cristal et augmente la solubilité de l'hydrogène) ; on soupçonne ce mécanisme essentiellement pour les alliages à haute résistance ;
- diminution de la ductilité : les atomes d'hydrogène peuvent interagir avec les dislocations et donc modifier la capacité à la déformation plastique, avec deux mécanismes antagonistes mais tous deux fragilisant :
- diminution de la plasticité, et donc de l'énergie de rupture en fond de fissure,
- augmentation de la plasticité, et donc concentration locale de déformation plastique ;
- formation de phases fragiles, comme des hydrures ou de la martensite (l'hydrogène jouant le rôle du carbone).
Notes et références
- Philibert et al. 2002, p. 1100-1103.
Voir aussi
Bibliographie
- Jean Philibert, Alain Vignes, Yves Bréchet et Pierre Combrade, Métallurgie, du minerai au matériau, Dunod, , 1177 p. (ISBN 978-2-10-006313-0), p. 897-900, 1079-1080, 1094, 1100-1103
- Normes :
- ASTM F519 - 12a Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating/Coating Processes and Service Environments [1]
- ASTM G142-98(2004) Standard Test Method for Determination of Susceptibility of Metals to Embrittlement in Hydrogen Containing Environments at High Pressure, High Temperature, or Both [2]
