¿Por qué el acero con alto contenido de carbono se rompe fácilmente?

En el proceso de procesamiento, encontraremos que el acero de carbono medio y alto, como el acero para muelles, acero para cojinetes, acero para ruedas y ejes, será propenso a múltiples fracturas, ya que el muestreo de fracturas para el análisis metalográfico a menudo no puede encontrar la razón. Estos aceros generalmente requieren una alta resistencia a la fatiga y la tenacidad a la fractura de los aceros es un factor importante del rendimiento a la fatiga.

Desde un punto de vista electroquímico, la adición de carbono al acero para asegurar una mayor resistencia conduce a la precipitación de carburos de hierro, que actúa como un cátodo y acelera la reacción de disolución anódica alrededor de la matriz. El aumento de la fracción de volumen de carburo de hierro en la microestructura también se atribuye a la característica de baja sobretensión de hidrógeno del carburo. La superficie del acero es fácil de generar y adsorber hidrógeno, y la infiltración de átomos de hidrógeno en el acero puede aumentar su fracción de volumen, lo que finalmente reduce significativamente la resistencia a la fragilización por hidrógeno del material. Si el acero del automóvil se expone a diversos entornos corrosivos como el cloruro, la posible fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) afectará seriamente la seguridad del automóvil.

Cuanto mayor es el contenido de carbono, menor es el coeficiente de difusión de hidrógeno y mayor es la solubilidad del hidrógeno, que es causada por la disminución de la sobretensión de hidrógeno en la superficie del acero. La prueba de tracción de velocidad de deformación lenta muestra que la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión disminuye con el aumento del contenido de carbono. Es directamente proporcional a la fracción de volumen de carburos. Con el aumento de la reacción de reducción de hidrógeno y la inyección de hidrógeno en la muestra, la reacción de disolución anódica se acelera para formar bandas deslizantes. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, mayor será la posibilidad de fragilización por hidrógeno de los carburos en el acero bajo la acción de la reacción de corrosión electroquímica. Para asegurar que el acero tenga una excelente resistencia a la corrosión y resistencia a la fragilización por hidrógeno, la precipitación y el control de carburos son un método eficaz.

La aplicación de acero al carbono medio y alto en piezas de automóviles es limitada debido a la evidente disminución de la resistencia a la fragilización por hidrógeno. Esta sensibilidad a la fragilización por hidrógeno está estrechamente relacionada con el contenido de carbono, y el carburo de hierro (Fe2.4C / Fe3C) se precipita en condiciones de baja sobretensión de hidrógeno. En general, el tratamiento térmico se puede utilizar para eliminar la tensión residual y aumentar la eficiencia de la trampa de hidrógeno para la reacción de corrosión de la superficie local causada por el agrietamiento por corrosión bajo tensión o la fragilización por hidrógeno. La composición de carburo debe controlarse estrictamente cuando se utilizan aceros de carbono medio o alto como piezas o ejes de transmisión.

En la actualidad, existen tres métodos para mejorar la tenacidad a la fractura del acero. El primer método consiste en optimizar la composición del acero, es decir, utilizar el efecto de refuerzo de Ni, V, N y otros elementos de aleación. En segundo lugar, el grano y la estructura del acero se refinan y homogeneizan durante el laminado y el tratamiento térmico. El tercero es desnaturalizar las inclusiones de la fase dura en el acero. También hay que saber que aumentar la tenacidad a la fractura de la propia matriz de acero no resuelve el problema de una fuerte concentración de tensiones en la matriz de acero provocada por inclusiones duras y, por tanto, aumenta la tenacidad a la fractura de forma limitada.