Q : La ténacité des bobines galvanisées affecte-t-elle le revêtement de zinc ?
R : Oui, c’est le cas. La ténacité des bobines galvanisées-c'est-à-dire la capacité du matériau à absorber l'énergie de déformation plastique avant la rupture-n'est pas uniquement déterminée par le substrat en acier. La présence du revêtement de zinc modifie la ténacité globale de la bobine galvanisée de plusieurs manières. Des études ont montré que par rapport au même substrat, les tôles d'acier galvanisées à chaud - présentent une résistance à la traction et une capacité de déformation plastique réduites. La diminution de la plasticité provient principalement des microfissures formées sur la surface du substrat lors de la galvanisation à chaud-, tandis que la diminution de la résistance est due à la résistance inférieure du revêtement de zinc de surface par rapport au substrat en acier. De plus, différents types de revêtement (revêtement de zinc pur, revêtement en alliage de zinc-fer) ont des effets très différents sur la ténacité. Par conséquent, lors de l’évaluation de la ténacité des bobines galvanisées, le revêtement de zinc doit être considéré comme un facteur indépendant et ne peut pas être simplement assimilé à l’indice de ténacité du substrat.
2. Quel est l'effet des composés intermétalliques présents dans les revêtements en alliage de zinc-fer sur la ténacité ?
R : Les revêtements en alliage de zinc-fer sont constitués de plusieurs fines couches de composés intermétalliques de fer-zinc, notamment la phase Γ, la phase Γ1, la phase δ et la phase ζ. Ces composés sont pour la plupart durs et cassants et constituent la principale raison de la diminution de la ténacité des bobines galvanisées. Parmi elles, la phase Γ la plus interne, la plus proche du substrat, est une phase fragile et a le plus grand impact sur l’adhérence du revêtement ; plus la phase Γ est épaisse, plus elle est facile à pulvériser et à décoller. La phase Γ1 adjacente, bien qu’elle puisse inhiber la propagation latérale des fissures, est elle-même quelque peu fragile. La phase δ semblable à une grille-au milieu a une bonne plasticité et est l'une des rares couches contribuant à la ténacité-du revêtement. La phase externe ζ est sujette à la fissuration lors de la déformation et se propage le long des limites de phase. Les grandes différences de plasticité entre les phases du revêtement d'alliage provoquent des contraintes internes au sein du revêtement et à l'interface revêtement/substrat en acier en raison de différents degrés de déformation lors de l'emboutissage, conduisant à une fissuration prématurée du revêtement et réduisant considérablement la ténacité de la bobine galvanisée lors du pliage, de l'emboutissage profond et d'autres traitements.
3. Comment les microfissures formées pendant le processus de galvanisation affectent-elles la ténacité ?
R : Le processus de galvanisation à chaud- introduit lui-même des microfissures dans la couche de zinc et la surface du substrat. Ces fissures deviennent des points de concentration de contraintes, impactant directement et négativement la ténacité. La recherche révèle un chemin à plusieurs étapes pour l'initiation et la propagation des fissures : premièrement, en raison des contraintes résiduelles, des microfissures se forment dans la couche de FeZn10 à haute température -σ- ; lorsqu'elles sont soumises à une contrainte de traction externe, les fissures se propagent vers le haut le long des joints de grains de cette couche ; par la suite, les fissures se transfèrent vers la couche ζ-FeZn13 et continuent de se propager le long de l'interface de phase FeZn13-Zn ; enfin, ils se propagent à nouveau le long des joints de grains dans la couche superficielle η-Zn jusqu'à ce que le revêtement se fracture complètement. Ce mode de propagation des fissures en plusieurs étapes, depuis la phase fragile interne vers l'extérieur, signifie que même avant que la contrainte globale n'atteigne la limite d'élasticité du substrat, des fissures du revêtement se sont déjà formées et propagées. Pour les bobines galvanisées nécessitant des pliages ou emboutissages profonds répétés, ces microfissures vont accélérer la propagation lors de déformations importantes et même s'étendre dans le substrat, affaiblissant fortement les réserves de ténacité du matériau en service.
4. Le revêtement de zinc provoque-t-il une fragilisation par l'hydrogène dans les bobines galvanisées ?
R : Oui. La fragilisation par l'hydrogène est un autre mécanisme important par lequel la ténacité des bobines galvanisées est affectée par le revêtement de zinc, en particulier dans les atmosphères marines ou les environnements humides. Si le revêtement de zinc est endommagé pendant le service, il assure une protection cathodique au substrat en acier. Cependant, un potentiel de protection trop négatif peut conduire à un dégagement d'hydrogène à la surface de l'acier. Les atomes d'hydrogène pénètrent dans le réseau matriciel, provoquant une forte diminution de la ténacité du matériau. Des études montrent que la perméation de l'hydrogène dans l'eau de mer réduit considérablement l'allongement après fracture et la densité énergétique de l'acier galvanisé à chaud-, modifiant son mode de fracture de la fracture ductile à la fracture fragile par clivage quasi-. À mesure que la durée de service augmente, la teneur en hydrogène dans le matériau augmente continuellement et la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène augmente également. C'est pourquoi les rondelles élastiques, les fixations, etc. à haute résistance nécessitent généralement un traitement thermique spécial d'élimination de l'hydrogène après la galvanisation (généralement maintenu à 190 ~ 230 degrés pendant 6 ~ 8 heures) pour réduire le risque de fracture fragile.
5. Quels sont les principaux facteurs affectant la ténacité des bobines galvanisées ? Comment les éviter ?
R : Les facteurs affectant la ténacité des bobines galvanisées peuvent être principalement classés comme suit : Premièrement, l'épaisseur et le type de revêtement -plus la couche de zinc est épaisse, plus le risque d'initiation et de propagation de fissures est grand ; les revêtements alliés, en raison de la présence de composés intermétalliques durs et cassants, ont généralement une ténacité inférieure à celle des revêtements de zinc pur. Deuxièmement, la composition du substrat - la teneur et le rapport d'éléments tels que le silicium et le manganèse dans le substrat affectent le comportement d'oxydation sélective pendant le recuit. Lorsqu'une phase ζ fragile se forme à l'interface, celle-ci est sujette à la fissuration lors des essais de traction et les fissures se propagent dans le substrat, entraînant une diminution de la ténacité. Troisièmement, le processus de production -la température de galvanisation à chaud-, le temps d'immersion et les processus d'alliage affectent tous l'épaisseur et la répartition de chaque phase dans le revêtement, modifiant ainsi les performances de ténacité. Pour éviter la dégradation de la ténacité, les mesures suivantes sont recommandées : sélectionner les types de revêtements appropriés en fonction des exigences de traitement (donner la priorité aux revêtements de zinc pur plutôt qu'aux revêtements alliés pour les -pièces embouties) ; contrôler strictement l'épaisseur de la couche de zinc pour éviter de dépasser les spécifications de conception ; optimiser la composition du substrat pour supprimer la formation de phases fragiles interfaciales défavorables ; et pour les pièces galvanisées à haute résistance, ajoutez un processus de traitement thermique d'élimination de l'hydrogène pour éviter la fragilisation induite par l'hydrogène.