Perché l'acciaio ad alto tenore di carbonio si rompe facilmente?

Nel processo di lavorazione, troveremo che gli acciai a medio e alto tenore di carbonio come l'acciaio per molle, l'acciaio per cuscinetti, l'acciaio per ruote e assali saranno soggetti a fratture multiple, dal campionamento della frattura per l'analisi metallografica spesso non è possibile trovare il motivo. Questi acciai generalmente richiedevano un'elevata resistenza alla fatica e la tenacità alla frattura degli acciai è un fattore importante per le prestazioni a fatica.

Da un punto di vista elettrochimico, l'aggiunta di carbonio all'acciaio per garantire una maggiore resistenza porta alla precipitazione dei carburi di ferro, che funge da catodo e accelera la reazione di dissoluzione anodica attorno alla matrice. L'aumento della frazione volumetrica del carburo di ferro nella microstruttura è anche attribuito alla bassa sovratensione dell'idrogeno caratteristica del carburo. La superficie dell'acciaio è facile da generare e adsorbire idrogeno e l'infiltrazione di atomi di idrogeno nell'acciaio può aumentare la sua frazione di volume, il che alla fine riduce significativamente la resistenza all'infragilimento da idrogeno del materiale. Se l'acciaio dell'automobile è esposto a vari ambienti corrosivi come il cloruro, la possibile tensocorrosione (SCC) comprometterà seriamente la sicurezza dell'auto.

Maggiore è il contenuto di carbonio, minore è il coefficiente di diffusione dell'idrogeno e maggiore è la solubilità dell'idrogeno, che è causata dalla diminuzione della sovratensione dell'idrogeno sulla superficie dell'acciaio. La prova di trazione a bassa velocità di deformazione mostra che la resistenza alla cricca da tensocorrosione diminuisce con l'aumentare del contenuto di carbonio. È direttamente proporzionale alla frazione di volume dei carburi. Con l'aumento della reazione di riduzione dell'idrogeno e dell'iniezione di idrogeno nel campione, la reazione di dissoluzione anodica accelera per formare bande di scorrimento. Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la possibilità che l'infragilimento da idrogeno dei carburi nell'acciaio sarà sotto l'azione della reazione di corrosione elettrochimica. Per garantire che l'acciaio abbia un'eccellente resistenza alla corrosione e all'infragilimento da idrogeno, la precipitazione e il controllo dei carburi sono un metodo efficace.

L'applicazione di acciaio a medio e alto tenore di carbonio nelle parti automobilistiche è limitata a causa dell'ovvia diminuzione della resistenza all'infragilimento da idrogeno. Questa sensibilità all'infragilimento da idrogeno è strettamente correlata al contenuto di carbonio e il carburo di ferro (Fe2.4C / Fe3C) precipita in condizioni di bassa sovratensione da idrogeno. In generale, il trattamento termico può essere utilizzato per rimuovere lo stress residuo e aumentare l'efficienza della trappola dell'idrogeno per la reazione di corrosione superficiale locale causata dalla rottura da tensocorrosione o dalla fragilità da idrogeno. La composizione del carburo deve essere rigorosamente controllata quando si utilizza acciaio al carbonio medio o alto tenore di carbonio come parti o alberi di trasmissione.

Al momento, ci sono tre metodi per migliorare la tenacità alla frattura dell'acciaio. Il primo metodo consiste nell'ottimizzare la composizione dell'acciaio, ovvero utilizzare l'effetto rinforzante di Ni, V, N e altri elementi di lega. In secondo luogo, la grana e la struttura dell'acciaio vengono raffinate e omogeneizzate durante la laminazione e il trattamento termico. Il terzo è denaturare le inclusioni della fase dura nell'acciaio. Si deve anche sapere che l'aumento della tenacità a frattura della matrice in acciaio stessa non risolve il problema di una forte concentrazione di sollecitazioni nella matrice in acciaio causata da inclusioni dure, e quindi aumenta la tenacità a frattura in modo limitato.