Mengapa Baja Karbon Tinggi Rentan Patah?

Batangan dengan kandungan karbon tinggi telah mengalami banyak patahan.

Sebagai contoh, poros yang terbuat dari baja 45# dapat patah jika tidak digunakan dalam waktu yang lama.

Mengambil sampel dari bagian yang patah dan melakukan analisis metalografi sering kali gagal untuk menentukan penyebab patahan.

Bahkan jika penyebabnya teridentifikasi, mungkin saja itu bukan penyebab yang sebenarnya.

Untuk meningkatkan kekuatan baja, karbon harus ditambahkan. Hal ini menghasilkan pengendapan karbida besi. Dari perspektif elektrokimia, karbida besi bertindak sebagai katoda, mempercepat reaksi pelarutan anodik di sekitar substrat. Peningkatan fraksi volume karbida besi dalam struktur mikro juga terkait dengan karakteristik tegangan lebih hidrogen yang rendah dari karbida.

Permukaan baja cenderung menghasilkan dan menyerap hidrogen. Saat atom hidrogen menembus ke dalam baja, fraksi volume hidrogen dapat meningkat, mengurangi ketahanan material terhadap penggetasan hidrogen. Pengurangan ketahanan korosi dan ketahanan penggetasan hidrogen ini secara signifikan berdampak pada sifat-sifat baja dan membatasi aplikasinya.

Sebagai contoh, ketika baja otomotif terpapar pada lingkungan korosif seperti klorida, stress corrosion cracking (SCC) dapat terjadi di bawah tekanan, sehingga mengancam keselamatan bodi.

Semakin tinggi nilai kandungan karbonsemakin rendah koefisien difusi hidrogen dan semakin tinggi kelarutan hidrogen. Beberapa peneliti telah menyarankan bahwa berbagai cacat kisi seperti endapan, potensial, dan pori-pori meningkat secara proporsional dengan kandungan karbon. Ketika kandungan karbon meningkat, difusi hidrogen terhambat, yang menyebabkan penurunan koefisien difusi hidrogen.

Kandungan karbon sebanding dengan kelarutan hidrogen, sehingga ketika karbida memerangkap atom hidrogen, semakin besar fraksi volumenya, semakin kecil koefisien difusi hidrogen di dalam baja. Hal ini menghasilkan peningkatan kelarutan hidrogen dan sensitivitas terhadap penggetasan hidrogen.

Ketika kandungan karbon meningkat, koefisien difusi hidrogen menurun dan konsentrasi hidrogen permukaan meningkat karena penurunan tegangan lebih hidrogen pada permukaan baja.

Hasil uji polarisasi tegangan yang digerakkan menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan karbon sampel, semakin mudah reaksi reduksi katoda (reaksi pembangkitan hidrogen) dan reaksi pelarutan anoda terjadi dalam lingkungan asam.

Karbida bertindak sebagai katoda dan fraksi volumenya meningkat dibandingkan dengan matriks dengan tegangan hidrogen yang rendah. Hasil uji permeasi hidrogen elektrokimia menunjukkan bahwa, semakin besar kandungan karbon dan fraksi volume karbida dalam sampel, semakin kecil koefisien difusi atom hidrogen dan semakin tinggi kelarutannya. Seiring dengan meningkatnya kandungan karbon, resistensi terhadap penggetasan hidrogen menurun.

Uji tarik laju regangan lambat menegaskan bahwa semakin tinggi kandungan karbon, semakin rendah ketahanannya terhadap retak korosi tegangan. Hal ini sebanding dengan fraksi volume karbida.

Saat reaksi reduksi hidrogen dan perembesan hidrogen ke dalam sampel meningkat, reaksi pelarutan anodik terjadi, mempercepat pembentukan zona selip. Saat kandungan karbon meningkat, karbida mengendap di dalam baja, meningkatkan kemungkinan penggetasan hidrogen di bawah aksi reaksi korosi elektrokimia.

Untuk memastikan ketahanan korosi yang sangat baik dan ketahanan penggetasan hidrogen pada baja, mengendalikan pengendapan karbida dan fraksi volume adalah metode yang efektif.

Penggunaan baja pada suku cadang dan komponen mobil terbatas karena ketahanannya yang menurun terhadap penggetasan hidrogen.

Fenomena ini merupakan akibat dari korosi yang disebabkan oleh paparan larutan air.

Sensitivitas terhadap penggetasan hidrogen secara langsung terkait dengan kandungan karbon baja.

Karbida besi (Fe2.4C / Fe3C) terbentuk di bawah kondisi tegangan hidrogen yang rendah.

Untuk mengurangi korosi permukaan yang disebabkan oleh retak korosi tegangan atau penggetasan hidrogen, maka tegangan sisa biasanya dihilangkan melalui perlakuan panas, yang juga meningkatkan efisiensi perangkap hidrogen.

Membuat baja otomotif berkekuatan sangat tinggi yang menawarkan ketahanan korosi yang luar biasa dan ketahanan terhadap penggetasan hidrogen merupakan hal yang menantang.

Seiring dengan meningkatnya kandungan karbon, laju reduksi hidrogen juga meningkat, sementara laju difusi hidrogen menurun secara signifikan.

Kunci untuk memanfaatkan karbon sedang atau baja karbon tinggi untuk komponen mobil atau poros penggerak terletak pada pengendalian komponen karbida secara efektif di dalam struktur mikro.