Warum bricht der kohlenstoffreiche Stahl leicht?

Während des Verarbeitungsprozesses werden wir feststellen, dass Stahl mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt wie Federstahl, Lagerstahl, Rad- und Achsstahl für mehrere Brüche anfällig ist, da die Bruchprobenahme für die metallografische Analyse häufig den Grund nicht finden kann. Diese Stähle erforderten im Allgemeinen eine hohe Ermüdungsbeständigkeit und die Bruchzähigkeit von Stählen ist ein wichtiger Faktor für die Ermüdungsleistung.

Aus elektrochemischer Sicht führt die Zugabe von Kohlenstoff zum Stahl zur Gewährleistung einer höheren Festigkeit zur Ausfällung von Eisencarbiden, die als Kathode wirken und die anodische Auflösungsreaktion um die Matrix herum beschleunigen. Die Zunahme des Volumenanteils von Eisencarbid in der Mikrostruktur wird auch auf die für das Carbid charakteristische niedrige Wasserstoffüberspannung zurückgeführt. Die Oberfläche des Stahls ist leicht zu erzeugen und Wasserstoff zu adsorbieren, und die Infiltration von Wasserstoffatomen in Stahl kann seinen Volumenanteil erhöhen, was letztendlich die Wasserstoffversprödungsbeständigkeit des Materials erheblich verringert. Wenn der Automobilstahl verschiedenen korrosiven Umgebungen wie Chlorid ausgesetzt ist, wird die Sicherheit des Automobils durch mögliche Spannungsrisskorrosion (SCC) ernsthaft beeinträchtigt.

Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto niedriger ist der Wasserstoffdiffusionskoeffizient und desto höher ist die Wasserstofflöslichkeit, die durch die Abnahme der Wasserstoffüberspannung an der Stahloberfläche verursacht wird. Der Zugversuch mit langsamer Dehnungsrate zeigt, dass die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt abnimmt. Ist direkt proportional zum Volumenanteil der Carbide. Mit zunehmender Wasserstoffreduktionsreaktion und Wasserstoffinjektion in die Probe beschleunigt sich die anodische Auflösungsreaktion unter Bildung von Gleitbändern. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto größer ist die Möglichkeit einer Wasserstoffversprödung der Carbide im Stahl unter der Wirkung einer elektrochemischen Korrosionsreaktion. Um sicherzustellen, dass der Stahl eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Wasserstoffversprödungsbeständigkeit aufweist, sind die Ausfällung und Kontrolle von Carbiden eine wirksame Methode.

Die Verwendung von Stahl mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt in Automobilteilen ist aufgrund der offensichtlichen Abnahme der Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung begrenzt. Diese Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoffversprödung hängt eng mit dem Kohlenstoffgehalt zusammen, und Eisencarbid (Fe2.4C / Fe3C) fällt unter der Bedingung einer geringen Wasserstoffüberspannung aus. Im Allgemeinen kann eine Wärmebehandlung verwendet werden, um Restspannungen zu entfernen und die Effizienz der Wasserstofffalle für die lokale Oberflächenkorrosionsreaktion zu erhöhen, die durch Spannungsrisskorrosion oder Wasserstoffversprödung verursacht wird. Die Carbidzusammensetzung sollte streng kontrolliert werden, wenn Stahl mit mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt als Teile oder Antriebswellen verwendet wird.

Derzeit gibt es drei Methoden, um die Bruchzähigkeit von Stahl zu verbessern. Die erste Methode besteht darin, die Zusammensetzung von Stahl zu optimieren, dh den Verstärkungseffekt von Ni, V, N und anderen Legierungselementen zu nutzen. Zweitens werden das Korn und die Struktur des Stahls während des Walzens und der Wärmebehandlung verfeinert und homogenisiert. Die dritte besteht darin, die Einschlüsse der harten Phase im Stahl zu denaturieren. Es muss auch bekannt sein, dass eine Erhöhung der Bruchzähigkeit der Stahlmatrix selbst das Problem einer starken Spannungskonzentration in der Stahlmatrix, die durch harte Einschlüsse verursacht wird, nicht löst und daher die Bruchzähigkeit in begrenztem Umfang erhöht.