Yüksek karbonlu çelik neden kolayca kırılır?

İşleme sürecinde, yay çeliği, yatak çeliği, tekerlek ve aks çeliği gibi orta ve yüksek karbonlu çeliğin, metalografik analiz için kırılma örneklemesinden genellikle nedeni bulamadığından, çoklu kırılmalara eğilimli olacağını bulacağız. Bu çelikler genellikle yüksek yorulma direnci gerektirir ve çeliklerin kırılma tokluğu, yorulma performansının önemli bir faktörüdür.

Elektrokimyasal bir bakış açısından, daha yüksek mukavemet sağlamak için çeliğe karbon ilavesi, katot görevi gören ve matris etrafındaki anodik çözünme reaksiyonunu hızlandıran demir karbürlerin çökelmesine yol açar. Mikroyapıdaki demir karbürün hacim fraksiyonunun artması, aynı zamanda karbürün düşük hidrojen aşırı gerilim özelliğine de atfedilir. Çeliğin yüzeyinin hidrojen üretilmesi ve adsorbe edilmesi kolaydır ve hidrojen atomlarının çeliğe sızması, hacim fraksiyonunu artırabilir, bu da sonuçta malzemenin hidrojen gevrekleşmesi direncini önemli ölçüde azaltır. Otomobil çeliği klorür gibi çeşitli korozif ortamlara maruz kalırsa, olası stres korozyon çatlaması (SCC) otomobilin güvenliğini ciddi şekilde etkileyecektir.

Karbon içeriği ne kadar yüksek olursa, hidrojen difüzyon katsayısı o kadar düşük ve çelik yüzeyindeki hidrojen aşırı voltajının azalmasından kaynaklanan hidrojen çözünürlüğü o kadar yüksek olur. Yavaş gerinim hızı çekme testi, karbon içeriğinin artmasıyla stres korozyonu çatlama direncinin azaldığını göstermektedir. Karbürlerin hacim fraksiyonu ile doğru orantılıdır. Hidrojen indirgeme reaksiyonunun artması ve numuneye hidrojen enjeksiyonu ile anodik çözünme reaksiyonu hızlanarak kayma bantları oluşturur. Karbon içeriği ne kadar yüksek olursa, çelikteki karbürlerin hidrojen gevrekleşmesi olasılığı, elektrokimyasal korozyon reaksiyonunun etkisi altında olacaktır. Çeliğin mükemmel korozyon direncine ve hidrojen gevrekleşme direncine sahip olmasını sağlamak için karbürlerin çökeltilmesi ve kontrolü etkili bir yöntemdir.

Orta ve yüksek karbonlu çeliğin otomotiv parçalarında uygulanması, hidrojen gevrekliği direncindeki bariz düşüş nedeniyle sınırlıdır. Bu hidrojen gevrekleşmesi duyarlılığı, karbon içeriğiyle yakından ilişkilidir ve demir karbür (Fe2.4C/Fe3C), düşük hidrojen aşırı gerilimi koşullarında çökelir. Genel olarak, ısıl işlem, artık gerilimi ortadan kaldırmak ve gerilim korozyonu çatlaması veya hidrojen gevrekleşmesinin neden olduğu yerel yüzey korozyon reaksiyonu için hidrojen tuzağının verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Parçalar veya tahrik milleri olarak orta karbonlu veya yüksek karbonlu çelik kullanılırken karbür bileşimi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.

Şu anda, çeliğin kırılma tokluğunu iyileştirmek için üç yöntem vardır. İlk yöntem, çeliğin bileşimini optimize etmek, yani Ni, V, N ve diğer alaşım elementlerinin güçlendirme etkisini kullanmaktır. İkincisi, çeliğin tane ve yapısı haddeleme ve ısıl işlem sırasında rafine edilir ve homojenleştirilir. Üçüncüsü, çelikteki sert faz kapanımlarını denatüre etmektir. Ayrıca, çelik matrisin kırılma tokluğunu arttırmanın, çelik matriste sert kapanımların neden olduğu güçlü bir stres konsantrasyonu problemini çözmediği ve bu nedenle kırılma tokluğunu sınırlı bir şekilde arttırdığı bilinmelidir.