Conception des ressorts : considérations environnementales

Lors de la conception des ressorts, il est crucial de comprendre comment les facteurs environnementaux peuvent influencer leurs performances, leur longévité et leur fiabilité. Ce guide examine les aspects détaillés de la résistance à la corrosion et les effets de la température et de l’humidité sur notre conception des ressorts, comme ressorts de compression, ressorts d’extension, ressorts de torsion et ressorts de porte.

Résistance à la corrosion

La corrosion est un processus naturel qui détériore les métaux en raison de réactions chimiques avec leur environnement. Pour les ressorts, la corrosion entraîne une perte mécanique, pouvant provoquer des défaillances potentielles. Ce processus peut être particulièrement insidieux car il progresse souvent de manière invisible jusqu’à ce que des dommages importants se produisent.

Facteurs influençant la corrosion

1. Composition du matériau : les propriétés inhérentes des métaux déterminent leur susceptibilité à la corrosion. Par exemple, le fer et ses alliages (comme l’acier au carbone) sont très sujet à la rouille lorsqu’ils sont exposés à l’oxygène et à l’humidité, formant de l’oxyde de fer (rouille).
2. Exposition environnementale : des facteurs tels que l’humidité, le sel, les produits chimiques industriels et les polluants accélèrent considérablement la corrosion. Par exemple, les environnements marins à forte teneur en sel peuvent entraîner une dégradation rapide des métaux non protégés.
3. Finition de la surface : l’état de surface d’un ressort affecte sa vulnérabilité à la corrosion. Les surfaces rugueuses présentant des fissures ou des défauts peuvent retenir l’humidité et les agents corrosifs, accélérant le processus.

Types de corrosion

1. Corrosion uniforme : Se produit de manière uniforme sur la surface du ressort, amincissant progressivement le matériau.
2. Corrosion par piqûres : Entraîne de petites zones localisées de corrosion, créant des « piqûres » dans le ressort. Cela est particulièrement dangereux car cela peut causer des défaillances soudaines et imprévisibles.
3. Corrosion par crevasses : Se produit dans des espaces confinés tels que sous des joints ou dans des crevasses, où des solutions stagnantes sont piégées, entraînant une corrosion accélérée.
4. Fissuration par corrosion sous contrainte (FCC) : la combinaison d’une contrainte de traction et d’un environnement corrosif provoquant la formation et la propagation de fissures.

Amélioration de la résistance à la corrosion en fonction du type de matériau

Acier inoxydable

• Contient du chrome, qui forme une couche d’oxyde passive protégeant contre la corrosion.
• Les grades comme 304 et 316 sont courants, le 316 offrant une meilleure résistance en raison de sa teneur en molybdène.

Aciers alliés

Les alliages haute performance comme l’Inconel et l’Hastelloy sont conçus pour offrir une résistance exceptionnelle à la corrosion et des propriétés mécaniques sous des conditions extrêmes.

Matériaux non métalliques

Les polymères tels que le PTFE (téflon) sont intrinsèquement résistants à la plupart des produits chimiques et ne se corrodent pas.

Revêtements protecteurs

Revêtement de zinc (galvanisation)

• Fournit une protection sacrificielle. Le zinc se corrode, protégeant ainsi l’acier sous-jacent.
• Les méthodes courantes incluent la galvanisation à chaud et l’électro-galvanisation.

Electroplacage

• Les techniques telles que le placage au chrome ou au nickel créent une surface résistante à la corrosion.
• Le placage au nickel sans électrolyse offre une couverture uniforme et une protection renforcée.

Passivation

• Implique le traitement de l’acier inoxydable avec une solution acide pour éliminer le fer libre et améliorer la couche d’oxyde de chrome.
• Ce processus améliore la résistance naturelle à la corrosion.

Traitements de surface

Peinture

• L’application de peinture crée une barrière, empêchant l’exposition aux éléments corrosifs.
• Les peintures époxy offrent une excellente protection et durabilité.

Revêtement en poudre

• – Fournit une couche épaisse, durable et visuellement attrayante.
• – Supérieure à la peinture traditionnelle en termes de durabilité et de résistance à l’écaillage et aux rayures.

Contrôles environnementaux

Étanchéité

• L’utilisation de joints, de garnitures peut empêcher l’humidité et les contaminants d’atteindre le ressort.
• Encastrer le ressort dans un boîtier ou une gaine protectrice peut également le protéger de l’exposition à l’environnement.

Environnement contrôlé

• Faire fonctionner les ressorts dans des environnements où l’humidité et la température sont contrôlées peut réduire considérablement les risques de corrosion.
• Utiliser des systèmes de contrôle de l’humidité dans les environnements de stockage peut protéger les ressorts jusqu’à leur installation.

Effets de la température et de l’humidité

Effets de la température

Les ressorts sont souvent soumis à une large gamme de températures, ce qui peut influencer de manière significative leurs performances et leur durée de vie.

Expansion et contraction thermiques

• Expansion : À mesure que les températures augmentent, le matériau du ressort se dilate. Cela peut altérer les dimensions et les propriétés mécaniques du ressort, affectant potentiellement sa performance.
• Contraction : Dans des environnements froids, les matériaux se contractent, ce qui peut rendre le ressort plus fragile et susceptible de se fissurer.