Guide de sélection des matériaux de fixation : le matériau détermine les performances, le traitement thermique détermine la résistance et le traitement de surface détermine la durée de vie !

Une seule phrase qui capture l’essence de l’industrie des fixations :

Choisissez le mauvais matériau, et même l’attache la plus solide se brisera ;

Choisissez le mauvais traitement thermique, et même la fixation la mieux notée n'est qu'une fausse affirmation ;

Choisissez le mauvais traitement de surface et même la meilleure vis rouillera et deviendra inutilisable.

I. Comparaison de base des quatre principaux matériaux de l’industrie

1. Acier au carbone

Avantages : Coût le plus bas, gamme de forces la plus large, volume de production le plus élevé, approvisionnement le plus stable

Inconvénients : Naturellement sujet à la rouille ; mauvaise résistance à la corrosion

Applications principales : Construction, automobile, machines, appareils électroménagers, industrie générale

2. Acier inoxydable

Avantages : Naturellement résistant à la rouille, aucune galvanoplastie nécessaire, hygiénique et esthétique, durée de vie exceptionnellement longue

Inconvénients : coût élevé, résistance maximale modérée, tendance au grippage et au coincement

Applications principales : équipements alimentaires, médicaux, chimiques, extérieurs et marins

3. Acier allié

Avantages : ultra-haute résistance, résistance à la fatigue, résistance aux chocs, résistance aux hautes températures

Inconvénients : Nécessite un traitement thermique, mauvaise résistance à la rouille, coûts de traitement élevés

Applications principales : Énergie éolienne, ponts, exploitation minière, camions lourds, engins de construction, équipements haute tension

4. Alliages de titane

Avantages : Ultra léger, ultra résistant, résistant à la corrosion, non magnétique et hautement biocompatible

Inconvénients : Cher, extrêmement difficile à usiner

Applications principales : applications légères pour l'aérospatiale, la défense, le médical, la course et les nouvelles énergies haut de gamme

Lors de la sélection des matériaux pour les fixations, l’option la plus chère n’est jamais le meilleur choix ; au lieu de cela, quatre critères principaux sont pris en compte : l'environnement d'exploitation, les exigences de charge, les exigences de durée de vie et le budget des coûts.

II. Attaches en acier au carbone

L'acier au carbone est de loin le matériau dominant dans l'industrie des fixations. Il représente environ 70 % des fixations industrielles mondiales et constitue le matériau de base le plus largement utilisé et le plus polyvalent dans les projets de fabrication industrielle et d’infrastructure.

Avantages

• Le coût global le plus bas parmi les quatre principaux matériaux, offrant le meilleur rapport qualité-prix
• Excellente ductilité, facile à forger à froid et faible difficulté de production
• Couvre toute la gamme de niveaux de résistance, adapté aux applications allant de l'usage grand public aux scénarios industriels de résistance moyenne et élevée.
• Chaîne d'approvisionnement mondiale mature, stocks abondants et délais de livraison stables

Inconvénients

Résistance à la corrosion intrinsèquement médiocre ; sensible à l’eau, à l’humidité et au brouillard salin. Lorsqu'il est utilisé sans protection, il rouille très facilement et doit être traité avec un revêtement antirouille en surface.

Processus de traitement thermique à trois noyaux pour l'acier au carbone

1. Trempe et revenu (Q&T)

Le processus de base pour tous les boulons en acier au carbone haute résistance de grade 8.8.

Fonction : équilibre la résistance à la traction et la ténacité, améliore la résistance à la fatigue et élimine le risque de fracture.

2. Carburation

Spécifiquement utilisé pour les vis autotaraudeuses et les vis à pointe percée

Effet : dureté de surface élevée et ténacité élevée du noyau ; la couche superficielle peut pénétrer dans les plaques d'acier, tandis que l'intérieur résiste à la rupture fragile.

3. Recuit sphéroïdisant

Un procédé de prétraitement essentiel avant la production de frappe à froid

Fonction : adoucit l'acier, réduit la dureté, empêche les fissures lors du formage et assure le rendement de production.

L'acier au carbone n'a aucune capacité naturelle antirouille ; sa durée de vie dépend entièrement des traitements de surface :

Électrogalvanisation (zinc bleu-blanc, zinc coloré, zinc noir), galvanisation à chaud, noircissement, phosphatation, Dacromet, revêtement zinc-aluminium Geomet, zingage mécanique et revêtement Téflon.

III. Attaches en acier inoxydable

L'acier inoxydable ne nécessite pas de galvanoplastie pour la protection contre la rouille et convient à diverses applications humides, corrosives et sanitaires.

• Naturellement résistant à l’oxydation, aux acides, aux alcalis et à la corrosion par brouillard salin
• Aspect lisse et attrayant ; non toxique et hygiénique, adapté aux applications alimentaires et médicales
• Conçu pour une utilisation à long terme dans des environnements extérieurs, avec une durée de vie bien supérieure à celle de l'acier au carbone

Inconvénients

• Les coûts des matières premières sont nettement plus élevés que ceux de l’acier au carbone et de l’acier allié
• Le traitement thermique conventionnel de l’acier inoxydable austénitique ne peut pas augmenter la résistance
• Sujet au grippage des filetages et au blocage du soudage à froid, entraînant un taux élevé d'erreurs d'assemblage

Plus de 90 % des produits en acier inoxydable dans l'industrie des fixations sont encore principalement constitués d'acier inoxydable austénitique 304 (A2) et 316 (A4) ; L'acier inoxydable 410 est utilisé uniquement pour les produits nécessitant une dureté particulière, tels que les vis autotaraudeuses et autoperceuses, et ne représente pas les caractéristiques des nuances d'acier inoxydable traditionnelles.

Points clés sur la résistance de l'acier inoxydable

La résistance des aciers inoxydables austénitiques 304 et 316 ne peut pas être améliorée par traitement thermique, mais leur résistance mécanique peut être améliorée par écrouissage (écrouissage). Les fixations en acier inoxydable à haute résistance disponibles sur le marché, telles que A2-70 et A4-80, atteignent leurs qualités améliorées grâce à des processus d'écrouissage.

Causes de grippage en acier inoxydable + Solutions

Principales causes de saisie

L'acier inoxydable austénitique a une ductilité élevée. Les frottements générés lors du serrage des filetages produisent des températures élevées, conduisant à un soudage à froid du métal. Cela provoque le collage et le grippage des fils, rendant le démontage impossible.

Solutions pratiques

• Appliquer un composé antigrippant ou un lubrifiant spécifique à l'acier inoxydable avant l'assemblage
• Réduisez la vitesse de serrage pour éviter la génération de chaleur due au frottement à grande vitesse
• Sélectionnez des filetages usinés avec précision qui ont subi un polissage de surface et un traitement de passivation
• Contrôler le couple de l'ensemble pour éviter une force excessive lors du serrage

Traitements de surface en acier inoxydable

L'acier inoxydable ne nécessite pas de galvanisation pour prévenir la rouille. Les processus courants comprennent : le décapage à l'acide, la passivation, le polissage électrolytique, le polissage mécanique, le polissage miroir et le sablage.

IV. Attaches en acier allié

Les vis à très haute résistance utilisées dans l'énergie éolienne, les ponts, les camions lourds et les équipements à haute tension utilisent toutes de l'acier allié comme matériau de base.

En ajoutant des métaux rares tels que le chrome, le molybdène, le nickel et le vanadium, l'acier allié surmonte les défauts de l'acier au carbone en termes de résistance, de ténacité et de résistance à la fatigue, ce qui en fait le matériau de base pour les applications haut de gamme et robustes.

Nuances d'acier allié courantes

SCM435 (équivalent à 35CrMo), 35CrMo, 42CrMo, 4140, 4340

Avantages

Grâce à une conception appropriée de la composition chimique et à un traitement thermique de précision, l'acier allié peut plus facilement atteindre une résistance ultra-élevée, une ténacité élevée et une excellente résistance à la fatigue et aux températures élevées, dépassant de loin les limites de performance de l'acier au carbone conventionnel. Il convient aux conditions extrêmes impliquant des charges lourdes, des vibrations et des pressions élevées.

Inconvénients

• Extrêmement dépendant des procédés de traitement thermique, ce qui entraîne des barrières techniques et des coûts de production élevés
• Manque de résistance inhérente à la rouille et doit être associé à des traitements anticorrosion spécialisés

Traitement thermique courant pour l’acier allié

Utilise presque exclusivement la trempe et le revenu (trempe + revenu haute température)

Les produits haut de gamme peuvent également intégrer : le durcissement par induction, la nitruration, la cémentation et la carbonitruration

Capable de produire systématiquement des fixations à ultra haute résistance de grade 10.9, grade 12.9 et supérieur

Traitement de surface en acier allié et évitement des pièges de la fragilisation par l'hydrogène

Risque principal : fracture par fragilisation par l’hydrogène

Pour les fixations en acier au carbone et en acier allié à haute résistance de grade 10.9 et supérieur, si les traitements d'élimination de l'hydrogène et de déshydrogénation sont inadéquats au cours des processus d'électrogalvanisation standard, des risques de fragilisation par l'hydrogène peuvent survenir, entraînant des fractures retardées pendant l'utilisation, un risque majeur pour la sécurité dans les industries de l'ingénierie, de l'automobile et de l'énergie éolienne.

Actuellement, dans les secteurs haut de gamme tels que l'automobile, l'énergie éolienne, les chemins de fer et les ponts, l'électrogalvanisation traditionnelle a été entièrement remplacée par les revêtements zinc-aluminium Dacromet et Geomet. Cette approche élimine le risque de fragilisation par l'hydrogène à sa source tout en prolongeant la résistance à la corrosion.

Processus courants de traitement de surface

Revêtements zinc-aluminium Dacromet, Geomet, phosphatation, noircissement et galvanisation haut de gamme sans hydrogène (double protection contre la corrosion et la fragilisation par l'hydrogène)

V. Attaches en alliage de titane

Les alliages de titane représentent le summum des matériaux légers et résistants à la corrosion dans l'industrie des fixations, principalement utilisés dans des applications de précision haut de gamme et des conditions de fonctionnement extrêmes.

Nuances représentatives : TA2, TC4 (Ti-6Al-4V)

Avantages

• Densité d'environ 4,5 g/cm³, soit seulement environ 57 % de celle de l'acier (environ 7,85 g/cm³), ce qui permet une conception extrêmement légère
• Résistance spécifique extrêmement élevée, comparable à celle des aciers alliés à haute résistance, tout en réduisant considérablement le poids
• Résistance exceptionnelle à la corrosion dans la grande majorité des environnements industriels (la corrosion ne se produit que dans des environnements particuliers tels que les acides forts et l'acide fluorhydrique)
• Non magnétiques, résistants à la chaleur et hautement biocompatibles, ce qui les rend adaptés aux applications médicales et aérospatiales

Seul inconvénient

Matières premières coûteuses, usinage difficile, cycles de production longs et coûts globaux extrêmement élevés

Traitement thermique des alliages de titane

Contrairement au processus de trempe et de revenu utilisé pour l'acier, l'approche traditionnelle implique un traitement en solution suivi d'un traitement de vieillissement pour optimiser la stabilité du matériau et ses propriétés mécaniques.

Traitement de surface haut de gamme pour les alliages de titane

Anodisation (finitions colorées personnalisables), sablage, passivation, revêtement PVD et revêtement DLC résistant à l'usure

VI. Données clés : Durée de vie au brouillard salin des traitements de surface

La résistance à la corrosion des différents traitements de surface varie considérablement. Les données suivantes sont des données de référence provenant d'essais au brouillard salin neutre (sous réserve de l'épaisseur du revêtement et de la formulation ; fournies à des fins de sélection par l'industrie uniquement) :