Porque é que o aço com elevado teor de carbono se parte mais facilmente? Quando o carbono é adicionado ao aço para aumentar a sua resistência, forma carbonetos de ferro que actuam como cátodos, acelerando a corrosão. Este processo aprisiona átomos de hidrogénio, conduzindo à fragilização por hidrogénio e à fissuração por corrosão sob tensão. Consequentemente, à medida que o teor de carbono aumenta, a resistência do aço a estes problemas diminui. Neste artigo, ficará a conhecer o intrincado equilíbrio entre o teor de carbono e as propriedades mecânicas do aço, esclarecendo como atenuar estes desafios.
As barras com elevado teor de carbono sofreram numerosas fracturas.
Por exemplo, um veio feito de aço 45# pode partir-se se não for utilizado durante um longo período de tempo.
A recolha de amostras das peças partidas e a realização de análises metalográficas não permitem frequentemente determinar a causa da fratura.
Mesmo que seja identificada uma razão, esta pode não ser a causa real.
Para aumentar a resistência do aço, é necessário adicionar carbono. Isto resulta na precipitação de carbonetos de ferro. Do ponto de vista eletroquímico, os carbonetos de ferro actuam como cátodos, acelerando a reação de dissolução anódica em torno do substrato. O aumento da fração volumétrica de carbonetos de ferro na microestrutura está também relacionado com as características de baixa sobretensão de hidrogénio dos carbonetos.
A superfície do aço é propensa a gerar e absorver hidrogénio. medida que os átomos de hidrogénio penetram no aço, a fração volumétrica de hidrogénio pode aumentar, reduzindo a resistência do material a fragilização por hidrogénio. Esta redução da resistência à corrosão e da resistência à fragilização por hidrogénio tem um impacto significativo nas propriedades do aço e restringe as suas aplicações.
Por exemplo, quando o aço para automóveis é exposto a ambientes corrosivos como o cloreto, pode ocorrer fissuração por corrosão sob tensão (SCC), o que constitui uma ameaça para a segurança da carroçaria.
Quanto maior for o teor de carbonoquanto menor for o coeficiente de difusão do hidrogénio e maior for a solubilidade do hidrogénio. Alguns investigadores sugeriram que vários defeitos da rede, tais como precipitados, potenciais e poros, aumentam proporcionalmente com o teor de carbono. medida que o teor de carbono aumenta, a difusão do hidrogénio é inibida, o que leva a uma diminuição do coeficiente de difusão do hidrogénio.
O teor de carbono é proporcional à solubilidade do hidrogénio, pelo que, à medida que os carbonetos aprisionam átomos de hidrogénio, quanto maior for a fração volumétrica, menor será o coeficiente de difusão do hidrogénio no interior do aço. Isto resulta num aumento da solubilidade do hidrogénio e da sensibilidade à fragilização por hidrogénio.
À medida que o teor de carbono aumenta, o coeficiente de difusão do hidrogénio diminui e a concentração superficial de hidrogénio aumenta devido a uma diminuição da sobretensão do hidrogénio na superfície do aço.
Os resultados do teste de polarização por tensão conduzida mostram que quanto maior for o teor de carbono da amostra, mais fácil é a ocorrência da reação de redução catódica (reação de geração de hidrogénio) e da reação de dissolução anódica num ambiente ácido.
Os carbonetos actuam como cátodos e a sua fração volumétrica aumenta em comparação com a matriz com uma baixa sobretensão de hidrogénio. Os resultados do ensaio eletroquímico de permeação de hidrogénio indicam que quanto maior for o teor de carbono e a fração volumétrica dos carbonetos na amostra, menor será o coeficiente de difusão dos átomos de hidrogénio e maior será a sua solubilidade. medida que o teor de carbono aumenta, a resistência à fragilização por hidrogénio diminui.
O ensaio de tração a baixa velocidade de deformação confirmou que quanto maior o teor de carbono, menor a resistência à fissuração por corrosão sob tensão. Isto é proporcional à fração volumétrica de carbonetos.
À medida que a reação de redução do hidrogénio e a permeação de hidrogénio na amostra aumentam, ocorre a reação de dissolução anódica, acelerando a formação de zonas de deslizamento. À medida que o teor de carbono aumenta, os carbonetos precipitam no interior do aço, aumentando a possibilidade de fragilização por hidrogénio sob a ação de reacções de corrosão eletroquímica.
Para garantir uma excelente resistência à corrosão e à fragilização por hidrogénio do aço, o controlo da precipitação de carbonetos e da fração de volume é um método eficaz.
A utilização do aço em peças e componentes de automóveis é limitada devido à sua menor resistência à fragilização por hidrogénio.
Este fenómeno resulta da corrosão provocada pela exposição a soluções aquosas.
A sensibilidade à fragilização por hidrogénio está diretamente relacionada com o teor de carbono do aço.
Os carbonetos de ferro (Fe2.4C / Fe3C) formam-se em condições de baixa sobretensão de hidrogénio.
Para atenuar a corrosão da superfície causada por fissuração por corrosão sob tensão ou fragilização por hidrogénio, o tensão residual é normalmente removido através de tratamento térmico, o que também aumenta a eficiência da captura de hidrogénio.
Pode ser um desafio criar aços para automóveis de ultra-alta resistência que ofereçam uma resistência excecional à corrosão e à fragilização por hidrogénio.
medida que o teor de carbono aumenta, a taxa de redução do hidrogénio também aumenta, enquanto a taxa de difusão do hidrogénio diminui significativamente.
A chave para a utilização de carbono médio ou aço de alto carbono para componentes de automóveis ou veios de transmissão reside no controlo eficaz dos componentes de carboneto na microestrutura.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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