Non-destructive evaluation of hydrogen embrittlement in cadmium-plated high strength steel using ultrasonic surface waves and eddy currents

Résumé

La fragilisation par l'hydrogène (FH) est un grave phénomène de détérioration des matériaux qui peut provoquer une rupture soudaine de pièces métalliques soumises à des charges statiques ou cycliques, entraînant des interruptions de service et des pertes financières. La FH peut entraîner une fracture différée de composants dont la microstructure est vulnérable et qui contiennent des concentrations extrêmement faibles d’hydrogène diffusif. Les sources d’infiltration d’hydrogène dans le matériau peuvent être soit externes, comme une réaction de corrosion, soit internes, comme l’électroplacage. Les composants en acier 4340 à haute résistance, plaqués au Cd et utilisés pour la fabrication de trains d'atterrissage d'avion, sont particulièrement sujets à la FH. Ces pièces sont traitées thermiquement au cours d'un processus appelé étuvage pour encourager l’exfiltration de l'hydrogène induit par électroplacage. Cependant, il existe des préoccupations concernant l'efficacité de l’étuvage ainsi que l'effet des retards inévitables entre l’électroplacage et l’étuvage sur le risque de FH. Il est donc avantageux de développer une méthode de contrôle non destructif (CND) pour s'assurer que le niveau d'hydrogène dissous soit abaissé en dessous d'un certain seuil de concentration dans les pièces plaquées au Cd. En d'autres termes, une telle méthode de CND doit idéalement être en mesure d'évaluer quantitativement la susceptibilité des pièces en acier plaquées au Cd à la FH. Cependant, de nombreux défis entravent la réalisation de cet objectif. Premièrement, ces faibles concentrations d'hydrogène sont en dehors de la plage de sensibilité de nombreuses techniques de CND conventionnelles. De plus, la recherche sur le CND de la FH s'est jusqu'à présent concentrée sur des pièces soumises à une charge directe d'hydrogène; ce qui implique de fortes concentrations d'hydrogène et donc des résultats qui peuvent ne pas être applicables au cas de l'acier plaqué au Cd. En tant qu'étape initiale, mais nécessaire, dans la recherche pour résoudre le problème, la présente étude évalue la faisabilité de méthodes de CND qui ont été jugées potentiellement sensibles aux variations induites par l'hydrogène dans les propriétés des matériaux proches de la surface des échantillons d'acier plaqués au Cd. Le but était de faire la distinction entre des échantillons à faible et à forte susceptibilité à la FH. À cette fin, des mesures non destructives basées sur des ondes acoustiques de surface (OAS) ainsi qu’un contrôle par courants de Foucault (CCF) ont été effectués sur plusieurs échantillons fabriqués dans des conditions sans étuvage, d'étuvage différé et d’étuvage immédiat. Des tests destructifs ainsi que des techniques de microscopie ont été réalisés en parallèle pour caractériser les échantillons à tester. Des simulations informatiques des résultats de CND ont également été effectuées pour évaluer les changements induits par l'hydrogène dans les propriétés des matériaux étudiés.

Date	8 juin 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martin Viens (Directeur(-trice))