Structure de l'acier des ressorts Land rover

[Hervé37]

J'ai réalisé une coupe métallographique d’un ressort Avant de Discovery de fabrication Land rover
Diamètre du fil 16,5 mm, code couleur: Jaune- Blanc-Bleu
La structure a été mise en évidence par polissage et attaque au Nital 4%.
Il y a bien une décarburation superficielle de l’acier sur une profondeur d’environ 50µm. La décarburation c'est la zone blanche située en périphérie de la coupe, dans cette zone l'acier qui a perdu sont carbone (ferrite) ne peut pas prendre la trempe.

[Mauresque]

Merci d'utiliser l'hébergement photo du forum au lieu de ce Imageshack qui pue...

[Hervé37]

Excusez moi, je débute

[Mauresque]

Pas grave

Le but est d'assurer la pérénité de l'hébergement de la photo et sa rapidité d'affichage.

[Gabach]

Oc, alors on parle qualité d'aciers

[Gabrielle]

Bonjour,

C'est sympa de se livrer à ce genre d'experience.
Pour le consommateur moyen, on peut traduire ca comment?

Compte tenu de l'age et de l'usage de ce ressort, le resultat de la recherche sur cette piece donne t'il un resultat permattant de dire que la piece vieillit plus ou moins bien?

Qu'en est il comparé à une piece identique sur un autre vehicule, à Km et usage equivalent, ou aussi proche que possible? Si c'est comparable, bien entendu.

On parle parfois de ressorts qui s'affaissent. Pater à l'air de dire que c'est une ineptie. Moi, je veut bien, et mon but n'est pas d'ouvrir un combat comme ceux que l'on a pu trouver dans ces pages il y a quelques temps. Il n'empeche que je trouve mon Disco un poil bas du cul (il a le Cuba.....), et que nous avons tous entendu parler de rebander les lames de ressorts.

Si mes questions sont trop nouilles, faut surtout pas hesiter à le dire. Ce n'est pas une attaque personnelle, ni un piege. Je n'ai pas la capacité de decripter les pieces de ma voitures, et si des personnes qui savent le faire sont dispo, je pose mes questions. Il ne faut pas voir plus loin.

[The Pater]

On parle parfois de ressorts qui s'affaissent. Pater à l'air de dire que c'est une ineptie.

Ah, non !

Je n'ai jamais dit que c'était une ineptie. J'ai dit que c'était un phénomène que je ne comprenais pas et je ne voyais pas pourquoi un ressort s'affaissait puisqu'il n'entrait pas dans sa zone plastique.
Je compare avec mon expérience du roulement dont les pistes subissent des efforts cycliques comme un ressort.


Mais, maintenant je me pose des questions et peut être j'entrevois la raison de l'affaissement.

J'ai un raisonnement qui peut être totalement faux, mais il est le suivant.

Les contraintes maxi sur un ressort est sur le diamètre externe du fil. Contrairement au roulement, où les contraintes maximum de cisaillement sont en sous couche. Les contraintes alternées modifient l'organisation des grains et cette modification ayant lieu en surface, le carbone a plus de facilité pour s'évacuer (pas le cas du roulement). La ferrite étant moins dur entre plus vite dans la zone plastique et offre moins de résistance au cisaillement. La partie saine diminuant en diamètre, les valeurs maxi de contraintes augmente et le phénomène s'accélère.

Est-ce idiot ?

Cela peut l'être car pour les ressorts à soupapes et ressorts de compression pour grande résistance à la fatigue, j'ai une doc qui indique que la décarburation maximale acceptée (ressorts neufs) est de 0.5% du diamètre. Donc il y a une décarburation déjà existant permise à l'état neuf.

Sur la photo du dessus la profondeur de décarburation est de 50 µm, soit 100µm sur le diamètre.

Quel est le diamètre du fil du ressort de disco ? 16,5 mm. 0.5% de 16 mm = 82,5 µm.
On est pas trop loin des 100 µm....

Les questions que je me pose sont :
1) y a-t-il une décarburation acceptée sur les ressorts neuf de Land Rover et de combien ?
2) les contraintes maximales sur le diamètre extérieur du fil influence-t-il la décarburation ?

A+

[Hervé37]

Pour info le ressort sacrifié n'a pas eu le temps de vieillir , car à l'époque j'avais changé les ressorts assez rapidement pour cause de treuil.
De plus, ce n'est pas avec un examen micrographique que l'on pourrait mettre en évidence un éventuel vieillissement.
A+

[The Pater]

Pour info le ressort sacrifié n'a pas eu le temps de vieillir , car à l'époque j'avais changé les ressorts assez rapidement pour cause de treuil.
De plus, ce n'est pas avec un examen micrographique que l'on pourrait mettre en évidence un éventuel vieillissement.
A+

Humm, après réflexion, je crois bien que la décarburation superficielle de la photo est simplement la décarburation normal du processus de traitement thermique utilisé.

Je crois de moins en moins à l'augmentation de la décarburation à cause des cycles de fatigue.

A+

[jean-yves 26]

Bonjour,
pour réaliser cette coupe, il a fallu sectionner le ressort non ? par quel moyen ?

[Hervé37]

La découpe a été réalisée à l'aide de tronçonneuse sous eau, utilisée en métallographie. Ce mode de découpe ne fait pas d'affectation thermique du matériau. Ensuite la coupe est enrobée dans une résine et polie d'abord sur des papiers au Carborundum (carbure de silicium) de granulométrie décroissante. Ce pré- polissage est complété par un polissage au diamant sur des draps et des feutres jusqu'à la granulométrie 1µm.
Pour révéler la structure de cet acier au carbone une simple attaque au Nital suffit.
Le Nital c'est de l'acide Nitrique dilué dans l'alcool éthylique, pour cet acier 4%d'acide nitrique est sufisant.
La décarburation mise en évidence est bien la décarburation d'origine, causée par la mise en température qui précéde la trempe.
La migration du carbone s'éffectue seulement à haute température (> 800°C), il suffit que l'atmosphère des fours de traitement thermique soit mal contrôlée(oxydante) pour que ce phénomène arrive. Le phénomène s'agrave si la durée du chauffage est trop longue.
Pour compléter, j'ai effectué une mesure de dureté par essai Vickers sous une charge de 30kg
A coeur comme sur le bord (en dehors dela zone décarburée) nous obtenons 480 Vickers soit d'apès des tableaux de corespondance, environ 156kg/mm² de resistance à la rupture en traction. On est au dessus d'une vis classe 12.9

[Normand 1400]

Décidément, on cause de tout dans la maison de Mau!

Le phénomène d'affaissement est connu dans mon monde sous le vocable de "relaxation des aciers" (durs).

Il a été à l'origine de nombreux désordres sur les premiers ponts en béton précontraint. En effet, l'acier s'allonge sous effort de tension (ou se raccourcit s'il s'agit d'une compression) permanent ; grosso modo, l'allongement croit en fonction du logarithme du temps.

L'équivalent du phénomène pour le bois et le béton est le fluage. Dans les deux cas, rien à voir avec la fatigue : ce sont les charges permanentes de longue durée qui interviennent (le poids du véhicule est supporté en permanence par les ressorts).

Dans ma jeunesse, on raisonnait sur les valeurs de relaxation des câbles à 1000, 2000 et 5000 heures (je ne sais pas si les règlements de calcul on changé) ce qui permettait de prendre en compte à très long terme la perte de l'effort de compression exercé par les câbles sur le béton.

Les câbles de précontrainte s'allongeant, l'effort qu'ils appliquaient au béton diminuait d'autant.

L'exemple trivial est le suivant : en serrant entre nos deux mains une pile de bouquins à l'horizontale, ils tiennent comme s'ils étaient collés. Si on relâche l'effort, ils tombent.

Pour les ponts, ça a été (presque) pareil...

Je ne vais pas rentrer dans les considérations de détail, du genre micro-cristallo, que j'ai oubliées d'ailleurs, pour expliquer le phénomène.

[Gabach]

Moi les bouquins je les tiendrai à la verticale, pour qu'ils tombent

[RR VM 1992]

.../...La décarburation mise en évidence est bien la décarburation d'origine, causée par la mise en température qui précéde la trempe.
La migration du carbone s'éffectue seulement à haute température (> 800°C), il suffit que l'atmosphère des fours de traitement thermique soit mal contrôlée(oxydante) pour que ce phénomène arrive. Le phénomène s'agrave si la durée du chauffage est trop longue.
Pour compléter, j'ai effectué une mesure de dureté par essai Vickers sous une charge de 30kg
A coeur comme sur le bord (en dehors dela zone décarburée) nous obtenons 480 Vickers soit d'apès des tableaux de corespondance, environ 156kg/mm² de resistance à la rupture en traction. On est au dessus d'une vis classe 12.9

Oui ton analyse est pertinente et, par ailleurs, la décarburation totale (bien visible sur ta micro) est interdite par les cahiers des charges des grands constructeurs pour notamment les raisons suivantes :

- le shot-peening qui introduit des contraintes bénéfiques inverses à la contrainte en service est inefficace à ce niveau de décarburation,
- la perte de hauteur sous charge sera très rapide (la filiation de dureté Vickers montre bien les pertes de caractéristiques mécaniques induitent par la décarburation),
- la tenue endurance est fortement amoindrie notamment par la corrosion inter-granulaire (car amorces de fissuration de fatigue).

Comme indiqué dans un autre post ( http://www.landroverfaq.com/viewtopic.p ... a&start=20 ou je présentais le même constat pour les ressorts Land Rover) ces facteurs sont les plus importants à considérer mais il ne faut pas oublier l'incidence néfaste des gaz (azote et hydrogène) très présent dans les aciers à ressort (d'ailleurs le débullage des poches avant coulée continue pas toujours réalisé à l'argon chez les anglais !)

Si tu as la possibilité d'analyser le taux d'azote tu vas certainement trouver plus de 100 ppm voir plus (maxi toléré 60 - 80 suivant les constructeurs)

Enfin on oublie souvent le process peinture dans les critères de fiabilité en service des ressorts car :
- une mauvaise peinture permet une corrosion rapide qui crée de la concentration de contrainte sur la peau du métal et donc des amorces de fissuration de fatigue,
- une température de cuisson trop élevée (cas des peintures poudres) détruit tout ou partie du shot-peening

J'ai réalisé il y a qq années chez Mitsubishi Steel au Japon des essais comparatifs avec différent aciers à ressort et les conclusions obtenues étaient très proche des exigences des roulementiers aéronautiques à savoir :
- acier à trempabilité contrôlée à très haute propreté inclusionaire,
- traitement thermique maîtrisé (si possible sous vide pour éviter la décarburation)
- double shot-peening à tiède
- peinture offrant plus de 4000 h au brouillard salin,
- revêtement anti-gravillonnage.

Ces éléments réunis on permit d'accroitre les performances de tenue fatigue / corrosion (plus de 2 millions de cycles) selon les cdc constructeurs tel que Toyota / VW / BMW...

Par contre j'ai été très déçu par le manque de maîtrise des process ressort évalués aux USA et en Chine (traitement thermique et shot-peening surtout).

[fa]

Comme je ne suis sans doutes pas le seul a ne pas savoir ce qu'est le shot peening, il y a une explication qui me parait claire la:
http://www.surfanet.org/principe/applications2.htm
C'est bien de cela dont on parle ?

[RR VM 1992]

Comme je ne suis sans doutes pas le seul a ne pas savoir ce qu'est le shot peening, il y a une explication qui me parait claire la:
http://www.surfanet.org/principe/applications2.htm
C'est bien de cela dont on parle ?

Tout à fait en process de base ce site décrit bien les avantages attendus mais pour les ressorts on a amplifié les effets du shot-peening en le réalisant :

- à tiède (160 à 180 °C)
- sous contrainte (ressort partiellement comprimé)
- et pour les ressorts très sollicité un double shot-peening (libre et ensuite sous-contrainte)

Ajouté au traitement thermique par ausforming le shot peening a permis un réel bon en avant des tenues endurance et, par ailleurs, grâce aux calculs par éléments finis et le choix de nuances d'acier adaptées, on à réduit fortement le poids des ressorts.

[RR VM 1992]

Pour info le ressort sacrifié n'a pas eu le temps de vieillir , car à l'époque j'avais changé les ressorts assez rapidement pour cause de treuil.
De plus, ce n'est pas avec un examen micrographique que l'on pourrait mettre en évidence un éventuel vieillissement.
A+

Humm, après réflexion, je crois bien que la décarburation superficielle de la photo est simplement la décarburation normal du processus de traitement thermique utilisé.

Je crois de moins en moins à l'augmentation de la décarburation à cause des cycles de fatigue.

A+

Oui tous le monde en est d'accord même au 999 New Jinqiao Road à Pudong...

[The Pater]

Oui tous le monde en est d'accord même au 999 New Jinqiao Road à Pudong...

C'est sûr, c'est des spécialistes de la fabrication des ressorts là bas

T'as trouvé l'adresse en surfant sur internet ?

.../...Alors, l'affaissement des ressorts de Land me font sourire...... y dois avoir une chose que je ne comprends pas.

A+

Avec de la décarburation totale juste sous la peau du métal c'est possible de perdre 4 à 8 mm de hauteur car 90% de la contrainte est supportée par la surface du métal qui décarburé provoque :
- perte de hauteur sous charge,
- fissures d'amorce de fatigue.

Le process des ressorts Land a longtemps été mal maîtrisé avec mauvais réglage de l'atmospère du four de traitement thermique trop oxydante (très visible si tu fais un Jominy) :

Acier fortement décarburé sous la surface :


Acier sain :

Au moins là bas, ils ne confondent pas une structure d'acier de roulement martensétique avec une structure ferritique.

Dis Monsieur, pourquoi tu dis que l'affaissement est dû à la décarburation juste sous la couche de métal ? Alors que maintenant tu te contredis en étant d'accord avec Hervé37, comme quoi la décarburation est d'origine ?

Edite : Edite3 : Edite 4...... finalement, je conclus pour l'instant que l'affaissement n'a rien à voir avec la décarburation.

Edite 2 : 90% des contraintes dans la partie décarburée ! Maintenant que Hervé37 a montré que la partie décarburée a une épaisseur de 50 µm maxi....pour un fil de 16,5 mm..... je me tord de rire.

A+

[The Pater]

des exigences des roulementiers aéronautiques à savoir :
- acier à trempabilité contrôlée à très haute propreté inclusionaire,
- traitement thermique maîtrisé (si possible sous vide pour éviter la décarburation)

T'arrives pas à te défaire du terme aéronautique, hein. C'est vrai cela fait high tech..... mais pour la différence entre roulement pour l'industrie en général et roulement pour l'aéronautique, t'as du progrès à faire.....

A+

[The Pater]

Comme je ne suis sans doutes pas le seul a ne pas savoir ce qu'est le shot peening,

Faire référence à l'aéronautique et utiliser des termes anglais à tout va, cela vous classe...... il faut le comprendre.

Tout comme DST, DGSE etc..... (ceux qui traient un peu sur Landmania comprendront)

A+