Por que o aço de alto carbono quebra facilmente?

No processo de processamento, descobriremos que o aço de médio e alto carbono, como aço para molas, aço para rolamentos, roda e aço do eixo estará sujeito a múltiplas fraturas, pois a amostragem da fratura para análise metalográfica muitas vezes é incapaz de encontrar o motivo. Esses aços geralmente exigiam alta resistência à fadiga e a tenacidade à fratura dos aços é um fator importante de desempenho à fadiga.

Do ponto de vista eletroquímico, a adição de carbono ao aço para garantir maior resistência leva à precipitação de carbonetos de ferro, que atuam como cátodo e aceleram a reação de dissolução anódica ao redor da matriz. O aumento da fração volumétrica do carboneto de ferro na microestrutura também é atribuído à baixa sobretensão de hidrogênio característica do carboneto. A superfície do aço é fácil de gerar e adsorver hidrogênio, e a infiltração de átomos de hidrogênio no aço pode aumentar sua fração de volume, o que acaba reduzindo significativamente a resistência à fragilização por hidrogênio do material. Se o aço automotivo for exposto a vários ambientes corrosivos, como cloreto, a possível corrosão por tensão (SCC) afetará seriamente a segurança do automóvel.

Quanto maior o teor de carbono, menor o coeficiente de difusão do hidrogênio e maior a solubilidade do hidrogênio, que é causada pela diminuição da sobretensão do hidrogênio na superfície do aço. O ensaio de tração com baixa taxa de deformação mostra que a resistência à corrosão sob tensão diminui com o aumento do teor de carbono. É diretamente proporcional à fração volumétrica de carbonetos. Com o aumento da reação de redução de hidrogênio e injeção de hidrogênio na amostra, a reação de dissolução anódica acelera para formar bandas de deslizamento. Quanto maior for o teor de carbono, maior será a possibilidade de fragilização por hidrogênio dos carbonetos do aço sob a ação da reação de corrosão eletroquímica. Para garantir que o aço tenha excelente resistência à corrosão e à fragilização por hidrogênio, a precipitação e o controle de carbonetos são um método eficaz.

A aplicação de aço de médio e alto carbono em peças automotivas é limitada devido à óbvia diminuição da resistência à fragilização por hidrogênio. Esta sensibilidade à fragilização por hidrogênio está intimamente relacionada ao conteúdo de carbono, e o carboneto de ferro (Fe2.4C / Fe3C) precipita sob a condição de baixa sobretensão de hidrogênio. Em geral, o tratamento térmico pode ser usado para remover a tensão residual e aumentar a eficiência da armadilha de hidrogênio para a reação de corrosão da superfície local causada pela corrosão sob tensão ou fragilização por hidrogênio. A composição do carboneto deve ser estritamente controlada ao usar aço carbono médio ou alto carbono como peças ou eixos de transmissão.

Atualmente, existem três métodos para melhorar a tenacidade à fratura do aço. O primeiro método é otimizar a composição do aço, ou seja, usar o efeito de reforço do Ni, V, N e outros elementos da liga. Em segundo lugar, o grão e a estrutura do aço são refinados e homogeneizados durante a laminação e o tratamento térmico. A terceira é desnaturar as inclusões da fase dura no aço. Deve-se saber também que aumentar a tenacidade à fratura da própria matriz de aço não resolve o problema de uma forte concentração de tensões na matriz de aço causada por inclusões duras e, portanto, aumenta a tenacidade à fratura de forma limitada.