¿Por qué el acero con alto contenido en carbono se rompe más fácilmente? Cuando se añade carbono al acero para aumentar su resistencia, se forman carburos de hierro que actúan como cátodos, acelerando la corrosión. Este proceso atrapa átomos de hidrógeno, lo que provoca la fragilización por hidrógeno y el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Por consiguiente, a medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye la resistencia del acero a estos problemas. En este artículo, aprenderá sobre el intrincado equilibrio entre el contenido de carbono y las propiedades mecánicas del acero, arrojando luz sobre cómo mitigar estos desafíos.
Las barras con alto contenido en carbono han sufrido numerosas fracturas.
Por ejemplo, un eje de acero 45# puede romperse si no se utiliza durante mucho tiempo.
Con frecuencia, la toma de muestras de las piezas rotas y la realización de análisis metalográficos no permiten determinar la causa de la fractura.
Aunque se identifique una razón, puede que no sea la causa real.
Para aumentar la resistencia del acero, es necesario añadir carbono. Esto da lugar a la precipitación de carburos de hierro. Desde una perspectiva electroquímica, los carburos de hierro actúan como cátodos, acelerando la reacción de disolución anódica alrededor del sustrato. El aumento de la fracción volumétrica de carburos de hierro en la microestructura también está relacionado con las características de baja sobretensión de hidrógeno de los carburos.
La superficie del acero es propensa a generar y absorber hidrógeno. A medida que los átomos de hidrógeno penetran en el acero, la fracción volumétrica de hidrógeno puede aumentar, lo que reduce la resistencia del material al fragilización por hidrógeno. Esta reducción de la resistencia a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno afecta significativamente a las propiedades del acero y restringe sus aplicaciones.
Por ejemplo, cuando el acero de automoción se expone a entornos corrosivos como el cloruro, puede producirse agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), lo que supone una amenaza para la seguridad de la carrocería.
Cuanto mayor sea el contenido en carbonocuanto menor sea el coeficiente de difusión del hidrógeno y mayor la solubilidad del hidrógeno. Algunos investigadores han sugerido que diversos defectos de la red, como precipitados, potenciales y poros, aumentan proporcionalmente con el contenido de carbono. A medida que aumenta el contenido de carbono, se inhibe la difusión del hidrógeno, lo que provoca una disminución del coeficiente de difusión del hidrógeno.
El contenido de carbono es proporcional a la solubilidad del hidrógeno, por lo que, a medida que los carburos atrapan átomos de hidrógeno, cuanto mayor es la fracción volumétrica, menor es el coeficiente de difusión del hidrógeno en el interior del acero. El resultado es un aumento de la solubilidad del hidrógeno y de la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno.
A medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye el coeficiente de difusión del hidrógeno y aumenta la concentración superficial de hidrógeno debido a una disminución de la sobretensión de hidrógeno en la superficie del acero.
Los resultados del ensayo de polarización por tensión conducida muestran que cuanto mayor es el contenido de carbono de la muestra, más fácil es que se produzca la reacción de reducción catódica (reacción de generación de hidrógeno) y la reacción de disolución anódica en un entorno ácido.
Los carburos actúan como cátodos y su fracción volumétrica aumenta en comparación con la matriz con una baja sobretensión de hidrógeno. Los resultados del ensayo electroquímico de permeabilidad al hidrógeno indican que cuanto mayor es el contenido de carbono y la fracción volumétrica de los carburos en la muestra, menor es el coeficiente de difusión de los átomos de hidrógeno y mayor su solubilidad. A medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye la resistencia a la fragilización por hidrógeno.
El ensayo de tracción a velocidad de deformación lenta confirmó que cuanto mayor es el contenido de carbono, menor es la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Esto es proporcional a la fracción volumétrica de carburos.
Al aumentar la reacción de reducción de hidrógeno y la permeación de hidrógeno en la muestra, se produce la reacción de disolución anódica, lo que acelera la formación de zonas de deslizamiento. Al aumentar el contenido de carbono, precipitan carburos en el interior del acero, aumentando la posibilidad de fragilización por hidrógeno bajo la acción de las reacciones de corrosión electroquímica.
Para garantizar una excelente resistencia a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno del acero, controlar la precipitación de carburos y la fracción volumétrica es un método eficaz.
La utilización del acero en piezas y componentes de automóviles es limitada debido a su menor resistencia a la fragilización por hidrógeno.
Este fenómeno es el resultado de la corrosión causada por la exposición a soluciones acuosas.
La sensibilidad a la fragilización por hidrógeno está directamente relacionada con el contenido de carbono del acero.
Los carburos de hierro (Fe2.4C / Fe3C) se forman en condiciones de baja sobretensión de hidrógeno.
Para mitigar la corrosión superficial causada por el agrietamiento por corrosión bajo tensión o la fragilización por hidrógeno, el tensión residual suele eliminarse mediante tratamiento térmico, lo que también mejora la eficacia del atrapamiento del hidrógeno.
Crear aceros ultrarresistentes para automoción que ofrezcan tanto una excepcional resistencia a la corrosión como a la fragilización por hidrógeno puede ser todo un reto.
A medida que aumenta el contenido de carbono, la velocidad de reducción del hidrógeno también aumenta, mientras que la velocidad de difusión del hidrógeno disminuye significativamente.
La clave para utilizar carbono medio o acero con alto contenido en carbono para componentes de automóviles o ejes de transmisión radica en controlar eficazmente los componentes de carburo dentro de la microestructura.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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