Pourquoi l'acier à haute teneur en carbone a-t-il tendance à se briser ?

Les barres à forte teneur en carbone ont subi de nombreuses fractures.

Par exemple, un arbre en acier 45# peut se briser s'il n'est pas utilisé pendant une longue période.

Le prélèvement d'échantillons sur les pièces cassées et l'analyse métallographique ne permettent souvent pas de déterminer la cause de la fracture.

Même si une raison est identifiée, il se peut qu'elle ne soit pas la cause réelle.

Pour améliorer la résistance de l'acier, il faut y ajouter du carbone. Cela entraîne la précipitation de carbures de fer. D'un point de vue électrochimique, les carbures de fer agissent comme des cathodes, accélérant la réaction de dissolution anodique autour du substrat. L'augmentation de la fraction volumique des carbures de fer dans la microstructure est également liée aux caractéristiques de faible surtension de l'hydrogène des carbures.

La surface de l'acier est susceptible de générer et d'absorber de l'hydrogène. Lorsque les atomes d'hydrogène pénètrent dans l'acier, la fraction volumique de l'hydrogène peut augmenter, ce qui réduit la résistance du matériau à la corrosion. fragilisation par l'hydrogène. Cette réduction de la résistance à la corrosion et à la fragilisation par l'hydrogène a un impact significatif sur les propriétés de l'acier et limite ses applications.

Par exemple, lorsque l'acier automobile est exposé à des environnements corrosifs tels que le chlorure, une fissuration par corrosion sous contrainte peut se produire, menaçant ainsi la sécurité de la carrosserie.

Plus le teneur en carboneplus le coefficient de diffusion de l'hydrogène est faible et plus la solubilité de l'hydrogène est élevée. Certains chercheurs ont suggéré que divers défauts du réseau, tels que les précipités, les potentiels et les pores, augmentent proportionnellement à la teneur en carbone. Lorsque la teneur en carbone augmente, la diffusion de l'hydrogène est inhibée, ce qui entraîne une diminution du coefficient de diffusion de l'hydrogène.

La teneur en carbone est proportionnelle à la solubilité de l'hydrogène, de sorte que lorsque les carbures piègent les atomes d'hydrogène, plus la fraction volumique est importante, plus le coefficient de diffusion de l'hydrogène à l'intérieur de l'acier est faible. Il en résulte une augmentation de la solubilité de l'hydrogène et de la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène.

Lorsque la teneur en carbone augmente, le coefficient de diffusion de l'hydrogène diminue et la concentration d'hydrogène en surface augmente en raison d'une diminution de la surtension de l'hydrogène à la surface de l'acier.

Les résultats du test de polarisation à tension entraînée montrent que plus la teneur en carbone de l'échantillon est élevée, plus la réaction de réduction de la cathode (réaction de génération d'hydrogène) et la réaction de dissolution de l'anode se produisent facilement dans un environnement acide.

Les carbures agissent comme des cathodes et leur fraction volumique augmente par rapport à la matrice avec une faible surtension d'hydrogène. Les résultats du test de perméation électrochimique à l'hydrogène indiquent que plus la teneur en carbone et la fraction volumique des carbures dans l'échantillon sont importantes, plus le coefficient de diffusion des atomes d'hydrogène est faible et plus leur solubilité est élevée. Lorsque la teneur en carbone augmente, la résistance à la fragilisation par l'hydrogène diminue.

L'essai de traction à vitesse de déformation lente a confirmé que plus la teneur en carbone est élevée, plus la résistance à la corrosion sous contrainte est faible. Cette résistance est proportionnelle à la fraction volumique des carbures.

Lorsque la réaction de réduction de l'hydrogène et la perméation de l'hydrogène dans l'échantillon augmentent, la réaction de dissolution anodique se produit, accélérant la formation de zones de glissement. Lorsque la teneur en carbone augmente, des carbures précipitent à l'intérieur de l'acier, ce qui accroît le risque de fragilisation par l'hydrogène sous l'action des réactions de corrosion électrochimique.

Pour garantir une excellente résistance à la corrosion et à la fragilisation par l'hydrogène de l'acier, le contrôle de la précipitation des carbures et de leur fraction volumique est une méthode efficace.

L'utilisation de l'acier dans les pièces et composants automobiles est limitée en raison de sa faible résistance à la fragilisation par l'hydrogène.

Ce phénomène résulte de la corrosion causée par l'exposition à des solutions aqueuses.

La sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène est directement liée à la teneur en carbone de l'acier.

Les carbures de fer (Fe2.4C / Fe3C) se forment dans des conditions de faible surtension d'hydrogène.

Pour atténuer la corrosion superficielle causée par la fissuration par corrosion sous contrainte ou la fragilisation par l'hydrogène, les contrainte résiduelle est généralement éliminé par traitement thermique, ce qui améliore également l'efficacité du piégeage de l'hydrogène.

Il peut être difficile de créer des aciers automobiles à ultra-haute résistance qui offrent à la fois une résistance exceptionnelle à la corrosion et une résistance à la fragilisation par l'hydrogène.

Lorsque la teneur en carbone augmente, le taux de réduction de l'hydrogène augmente également, tandis que le taux de diffusion de l'hydrogène diminue de manière significative.

La clé de l'utilisation du carbone moyen ou acier à haute teneur en carbone pour les composants automobiles ou les arbres de transmission réside dans le contrôle efficace des composants de carbure dans la microstructure.