Waarom kan staal met een hoog koolstofgehalte breken?

Staven met een hoog koolstofgehalte hebben veel breuken gekend.

Een as van 45# staal kan bijvoorbeeld breken als hij langere tijd niet wordt gebruikt.

Het nemen van monsters van de gebroken onderdelen en het uitvoeren van een metallografische analyse slaagt er vaak niet in om de oorzaak van de breuk vast te stellen.

Zelfs als er een reden is geïdentificeerd, is dat misschien niet de werkelijke oorzaak.

Om de sterkte van staal te verhogen, moet koolstof worden toegevoegd. Dit resulteert in het neerslaan van ijzercarbiden. Vanuit een elektrochemisch perspectief fungeren ijzercarbiden als kathodes die de anodische oplossingsreactie rond het substraat versnellen. De verhoogde volumefractie van ijzercarbiden in de microstructuur houdt ook verband met de lage waterstofoverspanningseigenschappen van de carbiden.

Het stalen oppervlak is gevoelig voor het genereren en absorberen van waterstof. Als waterstofatomen het staal binnendringen, kan de volumefractie van waterstof toenemen, waardoor de weerstand van het materiaal vermindert. waterstofbrosheid. Deze vermindering in corrosiebestendigheid en waterstofbrosheid heeft een aanzienlijke invloed op de eigenschappen van staal en beperkt de toepassingen ervan.

Wanneer autostaal bijvoorbeeld wordt blootgesteld aan corrosieve omgevingen zoals chloride, kan er onder spanning spanningscorrosie (SCC) optreden, wat een bedreiging vormt voor de veiligheid van de carrosserie.

Hoe hoger de koolstofgehaltehoe lager de waterstofdiffusiecoëfficiënt en hoe hoger de waterstofoplosbaarheid. Sommige onderzoekers hebben gesuggereerd dat verschillende roosterafwijkingen zoals precipitaten, potentialen en poriën evenredig toenemen met het koolstofgehalte. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, wordt de waterstofdiffusie geremd, wat leidt tot een afname van de waterstofdiffusiecoëfficiënt.

Het koolstofgehalte is evenredig met de waterstofoplosbaarheid, dus als de carbiden waterstofatomen vasthouden, hoe groter de volumefractie, hoe kleiner de waterstofdiffusiecoëfficiënt in het staal. Dit resulteert in een toename van de waterstofoplosbaarheid en de gevoeligheid voor waterstofbrosheid.

Als het koolstofgehalte toeneemt, neemt de diffusiecoëfficiënt van waterstof af en neemt de waterstofconcentratie aan het oppervlak toe door een afname van de waterstofoverspanning op het staaloppervlak.

De resultaten van de gedreven spanningspolarisatietest tonen aan dat hoe hoger het koolstofgehalte van het monster, hoe gemakkelijker het is voor de kathode reductiereactie (waterstofgeneratiereactie) en de anode oplossingsreactie om op te treden in een zure omgeving.

De carbiden fungeren als kathodes en hun volumefractie neemt toe in vergelijking met de matrix bij een lage waterstofoverspanning. De resultaten van de elektrochemische waterstofpermeatietest geven aan dat hoe groter het koolstofgehalte en de volumefractie van de carbiden in het monster, hoe kleiner de diffusiecoëfficiënt van de waterstofatomen en hoe hoger hun oplosbaarheid. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt de weerstand tegen waterstofbrosheid af.

De trekproef met langzame reksnelheid bevestigde dat hoe hoger het koolstofgehalte, hoe lager de weerstand tegen spanningscorrosie. Dit is evenredig met de volumefractie van carbiden.

Naarmate de waterstofreductiereactie en waterstofpermeatie in het staal toenemen, treedt de anodische oplossingsreactie op, wat de vorming van slipzones versnelt. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, slaan carbiden neer in het staal, waardoor de kans op waterstofbrosheid onder invloed van elektrochemische corrosiereacties toeneemt.

Om een uitstekende weerstand tegen corrosie en waterstofbrosheid van staal te garanderen, is het beheersen van de neerslag van carbiden en de volumefractie een effectieve methode.

Het gebruik van staal in auto-onderdelen en componenten is beperkt vanwege de verminderde weerstand tegen waterstofbrosheid.

Dit fenomeen is het gevolg van corrosie door blootstelling aan waterige oplossingen.

De gevoeligheid voor waterstofbrosheid houdt rechtstreeks verband met het koolstofgehalte van het staal.

IJzercarbiden (Fe2.4C / Fe3C) worden gevormd onder omstandigheden van lage waterstofoverspanning.

Om oppervlaktecorrosie veroorzaakt door spanningscorrosie of waterstofbrosheid te beperken, moet de restspanning wordt meestal verwijderd door middel van warmtebehandeling, waardoor de waterstof ook efficiënter wordt ingesloten.

Het kan een uitdaging zijn om ultrasterktestaal voor auto's te maken dat zowel uitzonderlijke corrosiebestendigheid als weerstand tegen waterstofbrosheid biedt.

Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt ook de waterstofreductiesnelheid toe, terwijl de waterstofdiffusiesnelheid aanzienlijk afneemt.

De sleutel tot het gebruik van medium koolstof of hoog koolstofstaal voor auto-onderdelen of aandrijfassen ligt in het effectief beheersen van de carbidecomponenten in de microstructuur.