Почему высокоуглеродистая сталь легко ломается?

В процессе обработки мы обнаружим, что средне- и высокоуглеродистая сталь, такая как пружинная сталь, подшипниковая сталь, сталь для колес и осей, будет склонна к множественным трещинам, из-за взятия образцов трещин для металлографического анализа часто не удается найти причину. Эти стали обычно требуют высокого сопротивления усталости, а их вязкость разрушения является важным фактором усталостных характеристик.

С электрохимической точки зрения добавление углерода к стали для обеспечения более высокой прочности приводит к выделению карбидов железа, которые действуют как катод и ускоряют реакцию анодного растворения вокруг матрицы. Увеличение объемной доли карбида железа в микроструктуре также объясняется низким перенапряжением водорода, характерным для карбида. Поверхность стали легко генерирует и адсорбирует водород, а проникновение атомов водорода в сталь может увеличить ее объемную долю, что в конечном итоге значительно снижает сопротивление материала водородному охрупчиванию. Если автомобильная сталь подвергается воздействию различных агрессивных сред, таких как хлорид, возможное коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) серьезно повлияет на безопасность автомобиля.

Чем выше содержание углерода, тем ниже коэффициент диффузии водорода и выше растворимость водорода, что вызвано уменьшением перенапряжения водорода на поверхности стали. Испытание на растяжение при низкой скорости деформации показывает, что сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением уменьшается с увеличением содержания углерода. Прямо пропорциональна объемной доле карбидов. По мере усиления реакции восстановления водорода и введения водорода в образец реакция анодного растворения ускоряется с образованием полос скольжения. Чем выше содержание углерода, тем больше вероятность водородного охрупчивания карбидов в стали под действием реакции электрохимической коррозии. Чтобы гарантировать превосходную коррозионную стойкость стали и сопротивление водородному охрупчиванию, осаждение карбидов и борьба с ними являются эффективным методом.

Применение средне- и высокоуглеродистой стали в автомобильных деталях ограничено из-за очевидного снижения сопротивления водородному охрупчиванию. Эта чувствительность к водородному охрупчиванию тесно связана с содержанием углерода, и карбид железа (Fe2.4C / Fe3C) выделяется в условиях низкого перенапряжения водорода. В общем, термическая обработка может использоваться для снятия остаточного напряжения и повышения эффективности водородной ловушки для реакции локальной коррозии поверхности, вызванной коррозионным растрескиванием под напряжением или водородным охрупчиванием. При использовании среднеуглеродистой или высокоуглеродистой стали в качестве деталей или приводных валов необходимо строго контролировать состав карбида.

В настоящее время существует три метода повышения вязкости разрушения стали. Первый метод - оптимизировать состав стали, то есть использовать упрочняющее действие Ni, V, N и других легирующих элементов. Во-вторых, зерно и структура стали улучшаются и гомогенизируются во время прокатки и термообработки. Третий - денатурация включений твердой фазы в стали. Также необходимо знать, что повышение вязкости разрушения стальной матрицы само по себе не решает проблему сильной концентрации напряжений в стальной матрице, вызванной твердыми включениями, и, следовательно, увеличивает вязкость разрушения ограниченным образом.