Fissuration par corrosion sous contrainte qui pourrait vous coûter votre plate-forme

Certains types de corrosion sont faciles à repérer, mais la fissuration par corrosion sous contrainte a le potentiel d'affaiblir votre plate-forme avec très peu d'avertissement, déclare Vyv Cox.

Tous les raccords métalliques particulièrement utilisés ou fabriqués sous charge, peuvent être sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte

Fissuration par corrosion sous contrainte qui pourrait vous coûter votre plate-forme

Certains des modes de défaillance les plus courants des métaux utilisés dans les bateaux sont généralement assez bien compris par les propriétaires de yachts aujourd'hui, lorsque les recherches sur Internet et les forums rendent les sujets qui étaient auparavant uniquement réservés aux spécialistes facilement accessibles à tous.

Vyv Cox est ingénieur agréé et navigue depuis plus de 50 ans

Cependant, certains moyens par lesquels les pièces métalliques peuvent se briser restent un peu plus mystérieux, un peu plus que la fissuration par corrosion sous contrainte.

De la même manière que la fissuration par fatigue, la fissuration par corrosion sous contrainte fait partie de ces mécanismes de rupture qui peuvent rester cachés pendant longtemps, cédant soudainement lorsque les niveaux de contrainte franchissent un certain seuil qui, comme c'est le cas, est généralement au plus moment inopportun pour le plaisancier.

Pour être techniquement correct, j'en discute la version qui se produit dans les chlorures (comme l'eau salée), alors qu'une autre qui se produit dans les sulfures peut être ignorée pour cet article.

La fissuration par corrosion sous contrainte, comme son nom l'indique, est l'un de ces mécanismes de défaillance qui repose sur une combinaison de deux facteurs.

La contrainte ou la corrosion seule ne causeraient pas les défaillances décrites dans l'article.

De plus, il existe une température seuil en dessous de laquelle le problème ne devrait pas se produire.

La plupart des nuances d'acier inoxydable sont sensibles et de nombreux efforts de recherche sont déployés pour essayer d'améliorer les performances de cette importante classe d'alliages dans des environnements à forte teneur en chlorure.

Le stress peut être externe ou interne.

Une contrainte externe est celle qui est appliquée - par exemple un boulon serré, un gréement serré ou un composant sous tension.

Des contraintes internes sont générées dans le processus de fabrication, par exemple une opération d'emboutissage à froid utilisée pour de nombreux raccords tels que des manilles ou des boulons à haute résistance.

Le layup hivernal est une bonne occasion de démâter votre mât et d'inspecter votre gréement, mais n'oubliez pas de vérifier également les cadènes, les boulons et l'accastillage.

Un bon exemple, illustré plus loin dans l'article, est l'emboutissage au rouleau, le processus par lequel le raccord de borne est attaché au fil d'un carénage ou d'un hauban.

Le métal initialement mou du raccord est pressé avec une force élevée dans la configuration du câble, renforçant ainsi le joint et imposant une contrainte interne.

Il existe une relation directe entre la résistance et la dureté, et il existe une valeur de dureté « magique » en dessous de laquelle la fissuration par corrosion sous contrainte n'est pas un problème.

Le chiffre généralement donné est de 22 sur l'échelle Rockwell C, équivalent à 246 Vickers, une valeur pas particulièrement élevée qui est facilement atteinte dans la pratique.

Si le composant est déjà durci par une technique de fabrication, toute application externe ultérieure de force peut pousser le niveau de contrainte au-dessus du seuil.

La partie corrosion du terme est quelque peu complexe.

La fissuration par corrosion sous contrainte est connue pour se produire dans des solutions aqueuses très faibles ne contenant que quelques parties par million de chlorures.

L'eau de mer est suffisamment forte pour le provoquer dans certaines conditions.

La cause la plus probable est l'alternance d'humidification et de séchage, provoquant une augmentation progressive de la concentration en ions chlorure qui, en combinaison avec la contrainte, peut pénétrer le métal par ses joints de grains.

Les bornes à carénage embouti, en particulier celles qui font face au vent, peuvent recueillir de l'eau et du sel et sont plus sujettes à la fissuration par corrosion sous contrainte. Crédit : Ben Sutcliffe-Davies/Yachting Monthly

Les joints et raccords humides en permanence sont particulièrement exposés.

La troisième condition pour que la fissuration par corrosion sous contrainte se produise est la température.

En théorie, le problème ne se produit pas à des températures inférieures à 50 °C, mais des températures étonnamment élevées peuvent être générées sur le pont, même dans le climat tempéré du Royaume-Uni, les jours ensoleillés.

En Méditerranée, bien sûr, de telles températures sont facilement rencontrées.

J'ai inclus des exemples de climats chauds et froids ici.

Comme pour les défaillances par fatigue, le composant peut sembler en parfait état jusqu'à ce qu'il tombe soudainement en panne.

Contrairement à la fatigue, la rupture n'est pas due à une seule fissure mais à un réseau de fissures, parfois assimilées aux branches d'un arbre, formées lorsque les chlorures corrosifs pénètrent le long des joints de grains du métal.

La face de rupture a un aspect rugueux et rouillé, avec de nombreuses fissures subsidiaires visibles.

Ce raccord orienté vers le haut a collecté de l'eau, entraînant la fissuration ramifiée caractéristique de la fissuration par corrosion sous contrainte. 1 crédit

On m'a envoyé ce raccord (ci-dessus) après qu'une inspection de la plate-forme l'ait condamné.

Il s'agissait du raccord embouti inférieur d'un carénage de capuchon, toujours susceptible d'être plus sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte grâce à son extrémité ouverte orientée vers le haut.

Le raccord avait l'air rouillé, et donc suspect, bien que la fissuration près du fil soit presque masquée.

Le nettoyage du raccord avec du papier abrasif fin a révélé la fissuration ramifiée caractéristique de la corrosion sous contrainte.

La contrainte ici est principalement interne, en raison du renforcement provoqué par l'action de la machine à sertir.

La corrosion a commencé à droite et a progressivement pénétré le métal le long de ses joints de grains.

Une défaillance soudaine et bruyante de cet émerillon résultait d'une contrainte autour du boulon de connexion. 1 crédit

En 2005, nous étions ancrés à San Antonio, Ibiza dans des conditions absolument bénignes.

Le vent était très faible, le port était abrité et nous étions assis dans le cockpit.

Soudain, nous avons entendu un bruit venant de l'avant (une rupture soudaine, avec un bruit caractéristique, est une caractéristique de la fissuration par corrosion sous contrainte) et nous avons réalisé que nous dérivions vers l'arrière.

J'ai hissé la chaîne et, à ma grande surprise, je n'ai trouvé aucune ancre au bout.

J'ai enchaîné l'ancre de kedge et plus tard, nous avons pu trouver l'ancre de bower avec l'aide de plongeurs.

L'émerillon (ci-dessus) s'est fracturé en quatre endroits, de chaque côté des vis intercalaires le fixant à l'ancre.

L'aspect rugueux et fissuré est typique de la fissuration par corrosion sous contrainte.

C'est après cet incident que j'ai commencé à étudier la résistance et la métallurgie des émerillons d'ancrage (voir YM Oct 2020).

Le soleil, l'air salin, les contraintes internes et les contraintes d'utilisation provoquent la rupture de cette manille en trois morceaux. 1 crédit

Ma fille pilote un catamaran Hurricane.

Cette manille (ci-dessus) fait partie du palan de hale-bas de grand-voile, élément très sollicité dans ce type d'embarcation.

Lorsqu'elle n'est pas en course, la manille est exposée au soleil de la côte sud du Royaume-Uni.

L'inspection à terre a révélé que cette manille était particulièrement en mauvais état, s'étant rompue à trois endroits en raison d'une fissuration par corrosion sous contrainte.

La manille a probablement été fabriquée par emboutissage à froid, procurant des contraintes internes, puis soumise à des contraintes externes lors des courses.

Le parc de dériveurs est proche de la mer et soumis à des ambiances iodées typiques.

Boulons de plaque de chaîne ci-dessus : les raccords de plaque de chaîne se soulevant du pont ou la déformation du pont environnant n'est pas un bon signe. 1 crédit

Le propriétaire d'un Westerly Oceanmaster m'a demandé d'examiner un problème identifié par le chantier naval en Grèce où son bateau était actuellement à terre.

Ils avaient remarqué que les parties supérieures des cadènes supérieures et inférieures bâbord se soulevaient du pont (voir photo ci-dessus).

Les cadènes comprennent des parties supérieure et inférieure, boulonnées ensemble à travers le pont.

La partie inférieure à l'intérieur du bateau est substantiellement construite, avec des boulons à double écrou dépassant du dessus du pont (voir photo ci-dessous).

Boulons de la plaque de chaîne ci-dessous : Bien que la structure interne ait été solidement construite, deux des boulons avaient cédé. 1 crédit

Deux boulons sur chaque plaque s'étaient rompus et ont été retirés assez facilement.

L'un des boulons est illustré ci-dessous, illustrant l'aspect typique d'une rupture par fissuration par corrosion sous contrainte.

Une face de rupture rugueuse et rouillée montre une grave fissuration par corrosion sous contrainte qui se produit sur une longue période. 1 crédit

Le métal a rouillé sur une longue période, l'aspect très rugueux étant dû à la pénétration intergranulaire du liquide corrosif riche en chlorure.

Il a ensuite été découvert que sur un total de 16 boulons retenant quatre plaques de chaîne, huit étaient fracturés, comme indiqué ci-dessous.

Sur les 16 boulons de la plaque de chaîne, huit se sont rompus par fissuration par corrosion sous contrainte. 1 crédit

Il n'y a pas de motif pour les fractures : elles se sont produites sur les parties non filetées ou filetées des tiges et dans un cas, il y avait deux fractures.

La face de rupture est typique de la fissuration par corrosion sous contrainte - très rugueuse, rouillée et dentelée.

La cause fondamentale de ce problème est l'absence de mastic autour des boulons et entre les cadènes et le pont.

Le pont en teck a probablement joué un rôle, dans la mesure où même sous un soleil brûlant, la zone sous la cadène restait humide.

Heureusement, le problème est devenu évident avant la remise à l'eau du bateau, car il ne fait guère de doute que le gréement aurait été perdu pendant la navigation.

Le propriétaire a recollé toutes les cadènes et les boulons à l'aide d'un scellant marin. (Le chantier lui avait proposé 10 000 € pour faire le boulot à sa place !)

Genoux à plaque de chaîne. Une petite fuite devait être refermée, mais lorsque les boulons ont été resserrés, l'un d'entre eux s'est rompu en raison d'une fissuration par corrosion sous contrainte. 1 crédit

Sur mon Sadler 34, les cadènes du carénage inférieur sont un peu placées à l'intérieur, boulonnées sur une plaque inclinée elle-même boulonnée à la coque, comme illustré ci-dessus.

L'ensemble de l'arrangement est recouvert à l'intérieur du bateau par une moulure en PRV et n'est donc pas facilement inspectable.

Il est devenu évident qu'il y avait une petite quantité de fuite à bâbord et à tribord, ce qui a nécessité le repositionnement de la tôle de pont.

Le retrait de la plaque de pont était simple et, après avoir vérifié que tous les boulons retenant la plaque de coque étaient serrés, j'ai appliqué des quantités généreuses de mastic, remplacé tous les écrous et boulons et les ai serrés.

Mon premier choc s'est produit lorsque l'un des boulons de 10 mm entre les deux composants de la plaque s'est fracturé à un couple relativement faible.

L'inspection a révélé des signes révélateurs de fissuration par corrosion sous contrainte, voir ci-dessous.

Tête de boulon cisaillée : malgré le peu de force utilisée, la tête de boulon s'est cisaillée avec une corrosion généralement rugueuse et rouillée. 1 crédit

J'ai remplacé les trois boulons et tourné mon attention vers le côté bâbord.

Tout s'est bien passé jusqu'à ce que je vérifie le serrage des boulons de 6 mm qui maintiennent la plaque de coque aux écrous captifs à l'intérieur du GRP.

Deux têtes cisaillées, une de chaque côté de la plaque à 90°, rendant le retrait problématique.

Ma seule option était de percer l'un d'eux jusqu'à ce qu'il y ait suffisamment d'espace pour que la plaque puisse être retirée.

Débris de corrosion : Percer les boulons défectueux était un travail salissant, révélant la quantité de métal corrodé qu'il y avait. 1 crédit

Ce fut un travail de longue haleine à des températures supérieures à 30 °C – signalant beaucoup de copeaux, de sueur et de jurons (voir ci-dessus).

Les fractures ont révélé des fissures de corrosion sous contrainte, mais dans ce cas, les trois boulons de 10 mm étaient dans un état raisonnable.

Dans tous ces cas, une corrosion sévère s'est produite dans le métal qui aurait dû être totalement résistant à la solution relativement douce de chlorures qui forme l'eau de mer.

Dans les deux cas de défaillance de la cadène, la quantité d'eau impliquée était infime - dans mon bateau, la fuite était si petite qu'aucune boiserie interne n'était même tachée.

La nécessité d'éliminer même la plus petite quantité de fuite est très claire.

Suite ci-dessous…

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Le propriétaire doit inspecter et chasser toutes les petites fuites persistantes à l'intérieur du bateau, en particulier celles qui sont associées à des composants fortement chargés tels que les cadènes ou tout autre composant de gréement.

Cela vaut également la peine d'en profiter pour démâter votre mât, déboulonner et inspecter vos cadènes, boulons et autres points de gréement chargés pendant l'hiver, avant de les recoucher soigneusement avec du mastic marin.

Dans le cas de l'émerillon, la contrainte était presque certainement due à la flexion des bras par la tension des boulons.

Cette conception d'émerillon est médiocre pour plusieurs raisons, la susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte n'étant que l'une d'entre elles.

Comme pour tous les problèmes de corrosion, l'élimination totale de l'eau est la réponse complète.

Dans plusieurs cas discutés ici, cela est impossible, mais un rinçage régulier à l'eau douce devrait aider.