Dans les assemblages boulonnés, il existe un type de rupture appelé rupture de fatigue. La rupture par fatigue se produit principalement dans des environnements de vibrations cycliques à long terme. Semblable à la fragilisation par l'hydrogène, sa fracture est soudaine, mais les deux sont fondamentalement différentes-la fracture par fatigue est le résultat de dommages cumulés sous des charges cycliques à long-, tandis que la fragilisation par l'hydrogène est une fracture fragile causée par des atomes d'hydrogène. Actuellement, il n’existe aucune technologie permettant de prédire à l’avance le moment exact où un boulon subira une rupture de fatigue. Par conséquent, des mesures préventives doivent être prises dès les étapes initiales telles que la conception, la sélection des matériaux et l’installation.
Chaque boulon a une durée de vie. Bien que certains boulons puissent être réutilisés, ils ne peuvent pas être utilisés indéfiniment. Lorsqu'un boulon est dans des conditions de fonctionnement dépassant la charge conçue pendant une longue période, la probabilité de rupture par fatigue augmente considérablement. De telles fractures causent non seulement de graves dommages aux équipements de production, mais peuvent également conduire à des accidents de sécurité dans des cas graves.
Alors, pourquoi les boulons subissent-ils une rupture par fatigue ? Une compréhension relativement cohérente dans l'industrie est la suivante : sous l'action de charges cycliques (telles que les vibrations et la pression alternée), les contraintes ont tendance à s'accumuler au niveau des zones de concentration de contraintes du boulon (par exemple, les pieds de filetage et la transition entre la tête et la tige). Si les composants correspondants présentent des écarts dimensionnels ou siboulonest installé avec une précharge inappropriée (soit trop serrée, soit trop lâche), le déséquilibre de contrainte local sera encore aggravé. Lorsque la contrainte accumulée dépasse la limite de fatigue du matériau et que la plasticité du matériau est insuffisante pour amortir ces dommages, des microfissures se formeront progressivement à l'intérieur du boulon. À mesure que le nombre de cycles augmente, les fissures continuent de se propager ; lorsqu'ils atteignent un point critique, le boulon se fracture soudainement. Ce que nous voyons à l'œil nu comme une « fracture soudaine » est en réalité le résultat d'une accumulation de fissures à long terme et d'une propagation progressive. Le processus complet peut être résumé comme suit : la contrainte cyclique agit sur les points de concentration des contraintes du boulon → déchire progressivement la matrice du boulon → des microfissures se forment → les fissures se propagent jusqu'au point critique → le boulon se fracture soudainement.
C'est l'une des raisons pour lesquelles les boulons doivent subir des tests de résistance à la traction avant utilisation. Bien que l'essai de traction prenne peu de temps, il permet une évaluation préliminaire des propriétés mécaniques de base du boulon en observant l'emplacement de la rupture (si la rupture se produit au niveau de zones de concentration de contraintes telles que les racines du filetage ou la transition de la tête-tige, les risques de fatigue doivent être vigilants) et en enregistrant la force de rupture. Si la force de rupture des boulons lors de l'essai est nettement inférieure aux normes de conception, il n'est pas recommandé d'utiliser ce lot de boulons.
De plus, les changements de température ambiante affectent également la durée de vie des boulons. Si le boulon est utilisé dans un environnement avec des températures excessivement élevées ou basses, ou des fluctuations alternées fréquentes de température, cela accélérera les dommages dus à la fatigue du matériau. Lorsqu'elle est combinée à l'érosion du boulon par des milieux corrosifs présents dans l'air (tels que l'humidité et le brouillard salin), la probabilité de rupture par fatigue augmentera encore.
La plupart de ces risques de fracture sont liés à l’adaptabilité du matériau aux conditions opératoires. Nous pouvons réduire la probabilité de rupture par fatigue en optimisant les processus de production : lorsque les conditions le permettent, la séquence de traitement des boulons peut être ajustée-d'abord, les ébauches de boulons subissent un traitement thermique (trempe et revenu), puis un roulage de filetage est effectué (le processus traditionnel dans certains scénarios est un roulage de filetage suivi d'un traitement thermique. Cependant, pourboulons à haute-résistance, le traitement thermique avant le roulage du filetage peut réduire la concentration de contraintes supplémentaires provoquée lors du traitement du filetage, améliorant ainsi la résistance à la fatigue). Alternativement, les boulons entièrement filetés peuvent être remplacés par des boulons partiellement filetés. Après tout, la section de tige lisse du boulon n'a pas de structure filetée, ce qui entraîne une répartition plus uniforme des contraintes et une bien meilleure résistance à la fatigue que la section filetée.
