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Essais mécaniques en milieu corrosif

La maîtrise des essais mécaniques et le contrôle des conditions corrosives combinés pour reproduire les conditions de service.

Dans la réalité industrielle, contraintes mécaniques et environnements agressifs agissent simultanément. Leur combinaison peut conduire à des modes de rupture inattendus, bien en deçà des limites établies par les essais conventionnels à l’air.
Corrosion sous contrainte, fragilisation par l’hydrogène, fatigue-corrosion, fissuration assistée par l’environnement : ces phénomènes concernent un large spectre de matériaux couvrant les aciers à haute résistance, les alliages d’aluminium, les alliages de titane ou encore les superalliages base nickel. Cela couvre des secteurs aussi variés que : l’automobile, l’aéronautique, l’énergie ou l’industrie pétrolière et gazière.
L’Institut de la Corrosion dispose des équipements et des compétences pour reproduire ces conditions en maîtrisant simultanément les essais mécaniques et l’environnement d’exposition : milieux corrosifs liquides ou atmosphériques, température, humidité. Les essais sont réalisés conformément aux normes internationales en vigueur ou à façon et couvrent l’ensemble des approches : des essais à charge constante en conditions d’immersion-émersion jusqu’à la propagation de fissure sur éprouvettes pré-fissurées en milieu corrosif.

Essais de corrosion sous contrainte

L’Institut de la Corrosion possède et développe des bancs d’essai pour réaliser des essais de corrosion sous contrainte en modes :
– Statique : montages flexion 3 ou 4 points, éprouvettes en U, C-ring, Anneaux dynamométrique, machines de traction (10T) à charge morte
– Dynamique : traction lente
Ces essais répondent aux normes ASTM G30, ASTM G36, ASTM G38, ASTM G39 et ASTM G40.

En particulier, l’IC réalise des essais d’immersion-émersion à charge constante selon les normes ISO 7539-4, ISO 11130, ASTM G44 et ASTM G47 sur les aciers inoxydables et alliages d’aluminium.
Les essais peuvent être également réalisés dans des enceintes climatiques ou de corrosion, contrôlées en température et humidité, avec ou sans pollution saline, par exemple pour réaliser les essais EAC sur les alliages d’aluminium à haute caractéristique mécanique de la série 7000.

Tests de fatigue-corrosion en milieu agressif

Sur le site de Saint-Etienne, l’Institut de la corrosion possède des équipements permettant de réaliser des essais de fatigue-corrosion en milieu très corrosif, type H2S. Les équipements suivants sont disponibles :

– Cantilever

– Flexion rotative

– Flexion 4 points (pression 1-100 bar).

Tests de fatigue-corrosion en immersion

A Brest, l’Institut de la Corrosion dispose de 3 machines servo-hydrauliques d’une capacité de +/- 25 kN, pouvant travailler en traction-compression. Ces bancs peuvent être équipés de cellules de corrosion en verre ou en plastique, sur mesure, pour réaliser des essais de fatigue-corrosion en solution corrosive. Ces machines peuvent également être équipées de bancs de flexion 4 points d’une capacité de 10kN à l’intérieur d’une cellule de corrosion en titane pour opérer les essais de fatigue eau de mer à différentes températures (de 5 à 80°C). Une protection cathodique peut être appliquée et la concentration d’oxygène peut également être contrôlée si nécessaire. D’autres solutions peuvent être aussi considérées. Les essais de fatigue sont réalisés à force contrôlée selon la norme ASTM E466 ou ISO 1099.

Tests de fatigue-corrosion en atmosphère corrosive

Un outil unique a été développé au cours du projet européen AUTOFATCOR permettant de réaliser des cycles de fatigue dans une enceinte de corrosion répondant à la plupart des normes de tests accélérés pour l’automobile et l’aéronautique. Les capacités de test ont été développés au cours des années suivantes pour arriver à un total de 21 postes indépendants pouvant être pilotés en parallèle. 

 Les bancs présentent des performances en force allant de 5 à 15 kN, et des fréquences d’essai de 0 à 4 Hz. Ils permettent de tester des alliages métalliques ou des assemblages (boulonnés, collés, rivetés, soudés, …). Les derniers développements, en collaboration avec RISE, portent sur des bancs de fatigue en flexion 4 points avec une capacité maximale de 10 kN.

Tests de fragilisation par l’hydrogène pour l’industrie automobile

Les aciers à très haute résistance, largement utilisés dans l’industrie automobile, sont particulièrement vulnérables à la fragilisation par l’hydrogène, un mécanisme d’endommagement réduisant de manière plus ou moins sévère les propriétés mécaniques des matériaux à haute résistance (aciers, alliages base nickel, alliages d’aluminium, …)
Les capacités d’essai de l’Institut de la Corrosion couvrent l’ensemble des approches normalisées pour caractériser ce risque : essais mécaniques à charge constante, chargement incrémental ou éprouvettes précontraintes, testés en milieu corrosif (exposition atmosphérique ou immersion) ou sous chargement direct en hydrogène par voie cathodique. La mesure de la concentration en hydrogène absorbé et la détermination de son activité dans le matériau viennent compléter l’analyse, offrant une vision complète du comportement du matériau face à ce phénomène.
Des essais peuvent être réalisés conformément aux normes VDA 238-201, 238-202 et 238-203, références incontournables du secteur automobile pour la qualification des aciers emboutis à haute résistance.

Tests de fissuration en fatigue en milieu corrosif

L’Institut de la Corrosion possède 9 bancs de fatigue permettant la réalisation d’essais de caractérisation de la vitesse de fissuration en fatigue en immersion dans un milieu corrosif selon la norme ASTM E647 ou ISO 12108. Cet essai consiste à soumettre une éprouvette métallique entaillée et pré-fissurée à un chargement cyclique contrôlé. La longueur de fissure est mesurée en continu (par compliance avec un extensomètre de type COD) en fonction du nombre de cycles. On en déduit la vitesse de propagation da/dN en fonction du facteur d’intensité de contrainte ΔK, ce qui permet de tracer la courbe de Paris. L’influence du milieu corrosif est quantifiée en calculant l’augmentation de la vitesse de fissuration par rapports à des essais réalisés à l’air ou en milieu neutre. L’amplitude de contrainte critique conduisant à la propagation de la pré-fissure avant ou sans milieu corrosif peut également être évalué.