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Les casses spontanées par inclusion

On constate parfois des casses aléatoires et différées du verre. Par mesure de facilité on a souvent attribué ces casses à de minuscules inclusions de Sulfure de Nickel pour lesquelles il n’a rien à voir.

Il n’en reste pas moins vrai que le Sulfure de Nickel existe et est dangereux dans le verre trempé.

De nombreuses études ont été effectuées dans les années 1970, qui ont conduit à des conclusions maintenant assez généralement admises, même s’il reste des incertitudes dans les détails.

Le sulfure de nickel ne se forme que dans la zone de fusion du four; il faut pour cela être en milieu réducteur. Il se forme à partir de Soufre et de Nickel pouvant avoir plusieurs origine :

• Nickel
- Combustible
- Waterjacket
- thermocouples...

• Soufre
- sulfates
- pyrite

• Sulfure de nickel
déjà présent dans les matières premières

Le sulfure de Nickel

Le diagramme de phases des combinaisons de Nickel et de Soufre est complexe.
Les inclusions contiennent souvent plusieurs formes cristallines, mais nous sommes plus particulièrement sensibilisés aux formes NiS, Ni1-x S, Ni7S6.

Le NiS peut apparaître sous deux formes cristallines dans le verre :
- forme , stable au-dessus de 330 °C (hexagonal)
-forme , stable en dessous de 330 °C (rhomboèdre).

Le passage de la forme à la forme s’accompagne d’une dilatation d’environ 4% en volume.

Les casses spontanées différées

Au cours de la production du verre de base la température de transition du NiS est franchie lentement au refroidissement lors de la recuisson. A la température ambiante le NiS se retrouve sous sa forme .

Lors de l’opération de trempe du verre, le réchauffage de celui-ci transforme tout le NIS de sa forme β stable à basse température en forme stable à haute température.

Lors du refroidissement rapide le Nis n’a pas le temps de se transformer en Ni .

Ainsi dans la masse du verre nous allons retrouver, à la température ambiante, une variété instable qui va se transformer lentement en variété stable.

Cette transformation, qui peut durer plusieurs années, va s’accompagner d’un gonflement de l’inclusion de NiS.

Les variations de volume et les différences de coefficients de dilatation entre le Nis et le verre vont générer des microfissures autour de l’inclusion qui peuvent dans certains cas provoquer des casses du verre trempé après livraison .

Si l’inclusion se trouve dans la zone en extension, la propagation de la casse sera favorisée. Par contre les inclusions situées dans les zones en compression, près des faces, ne sont pas dangereuses.

Identification d’une casse par inclusion de Sulfure de Nickel

La forme de la fragmentation d’un volume trempé est caractéristique. Au point de départ de la casse, les fragments ont sensiblement la forme d’un 8 formés par deux morceaux (pentagone ou hexagone) ayant un coté commun au milieu duquel se trouve l’inclusion.

Des noms divers ont été donnés a cette figure de casse.
On parle de « cat eyes », lemniscate de Bernoulli, ovale de Cassini ou tout simplement de papillon (butterfly).

Le sulfure de nickel provoque une casse en forme de 8, mais la réciproque n’est pas vraie.

Comment éliminer les risque de casse chez l’usager ?

- identifier et éliminer les sources d’inclusions
- éviter la formation de sulfure de Nickel
- provoquer la casse des verres trempés dangereux avant livraison
Méthode destructive : le « Heat Soak »

Le traitement de « Heat Soak »

Le Heat Soak consiste à chauffer le verre dans une étuve à la température qui accélère la transformation du Nis en Ni sans détremper le verre.

La température optimum est voisine de 290 °C.

La durée du traitement dépend du degré de réduction du risque choisi, de l’épaisseur du verre et de la masse de verre traité dans l’étuve (pour que l’inclusion soit effectivement à une température de 290 °C).


- Exemples de temps de traitement

Température
de traitement (*)
Temps
de traitement
Quantité d’inclusions
éliminées
290 °C
1 h
2 h
70 h
95 %
99 %
100 %
280 °C
2 h
90 %
250 °C
3 h
75 à 80 %

(*) température de l’inclusion

- Exemples de cycles thermiques




 
 
 
 
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