Perché l'acciaio ad alto tenore di carbonio si rompe più facilmente? Quando il carbonio viene aggiunto all'acciaio per aumentarne la resistenza, forma carburi di ferro che agiscono come catodi, accelerando la corrosione. Questo processo intrappola gli atomi di idrogeno, provocando infragilimento da idrogeno e cricche da tensocorrosione. Di conseguenza, all'aumentare del contenuto di carbonio, diminuisce la resistenza dell'acciaio a questi problemi. In questo articolo scoprirete l'intricato equilibrio tra il contenuto di carbonio e le proprietà meccaniche dell'acciaio, facendo luce su come mitigare queste sfide.
Le barre ad alto contenuto di carbonio hanno subito numerose fratture.
Ad esempio, un albero in acciaio 45# può rompersi se lasciato inutilizzato per un lungo periodo.
Il prelievo di campioni dalle parti rotte e l'analisi metallografica spesso non riescono a determinare la causa della frattura.
Anche se viene identificata una ragione, potrebbe non essere la causa effettiva.
Per aumentare la resistenza dell'acciaio, è necessario aggiungere carbonio. Ciò comporta la precipitazione di carburi di ferro. Dal punto di vista elettrochimico, i carburi di ferro agiscono come catodi, accelerando la reazione di dissoluzione anodica intorno al substrato. L'aumento della frazione volumetrica dei carburi di ferro nella microstruttura è anche legato alle caratteristiche di bassa sovratensione dell'idrogeno dei carburi.
La superficie dell'acciaio è incline a generare e assorbire idrogeno. Quando gli atomi di idrogeno penetrano nell'acciaio, la frazione volumetrica di idrogeno può aumentare, riducendo la resistenza del materiale alla corrosione. infragilimento da idrogeno. Questa riduzione della resistenza alla corrosione e all'infragilimento da idrogeno ha un impatto significativo sulle proprietà dell'acciaio e ne limita le applicazioni.
Ad esempio, quando l'acciaio per autoveicoli è esposto ad ambienti corrosivi come il cloruro, può verificarsi una cricca da corrosione sotto sforzo (SCC) che minaccia la sicurezza della carrozzeria.
Più alto è il contenuto di carboniopiù basso è il coefficiente di diffusione dell'idrogeno e più alta è la solubilità dell'idrogeno. Alcuni ricercatori hanno suggerito che vari difetti reticolari, come precipitati, potenziali e pori, aumentano proporzionalmente al contenuto di carbonio. Con l'aumento del contenuto di carbonio, la diffusione dell'idrogeno viene inibita, con conseguente diminuzione del coefficiente di diffusione dell'idrogeno.
Il contenuto di carbonio è proporzionale alla solubilità dell'idrogeno, quindi, poiché i carburi intrappolano gli atomi di idrogeno, maggiore è la frazione di volume, minore è il coefficiente di diffusione dell'idrogeno all'interno dell'acciaio. Ne consegue un aumento della solubilità dell'idrogeno e della sensibilità all'infragilimento da idrogeno.
All'aumentare del contenuto di carbonio, il coefficiente di diffusione dell'idrogeno diminuisce e la concentrazione di idrogeno in superficie aumenta a causa della diminuzione della sovratensione dell'idrogeno sulla superficie dell'acciaio.
I risultati del test di polarizzazione a tensione pilotata mostrano che più alto è il contenuto di carbonio del campione, più facile è che la reazione di riduzione catodica (reazione di generazione dell'idrogeno) e la reazione di dissoluzione anodica avvengano in ambiente acido.
I carburi agiscono come catodi e la loro frazione di volume aumenta rispetto alla matrice con una bassa sovratensione di idrogeno. I risultati del test elettrochimico di permeazione dell'idrogeno indicano che maggiore è il contenuto di carbonio e la frazione di volume dei carburi nel campione, minore è il coefficiente di diffusione degli atomi di idrogeno e maggiore è la loro solubilità. All'aumentare del contenuto di carbonio, la resistenza all'infragilimento da idrogeno diminuisce.
La prova di trazione a bassa velocità di deformazione ha confermato che maggiore è il contenuto di carbonio, minore è la resistenza alla cricca da tensocorrosione. Ciò è proporzionale alla frazione di volume dei carburi.
Con l'aumento della reazione di riduzione dell'idrogeno e della permeazione di idrogeno nel campione, si verifica la reazione di dissoluzione anodica, accelerando la formazione di zone di slittamento. Con l'aumento del contenuto di carbonio, i carburi precipitano all'interno dell'acciaio, aumentando la possibilità di infragilimento da idrogeno sotto l'azione delle reazioni di corrosione elettrochimica.
Per garantire un'eccellente resistenza alla corrosione e all'infragilimento da idrogeno dell'acciaio, il controllo della precipitazione dei carburi e della loro frazione volumetrica è un metodo efficace.
L'utilizzo dell'acciaio nelle parti e nei componenti delle automobili è limitato a causa della sua ridotta resistenza all'infragilimento da idrogeno.
Questo fenomeno è il risultato della corrosione causata dall'esposizione a soluzioni acquose.
La sensibilità all'infragilimento da idrogeno è direttamente legata al contenuto di carbonio dell'acciaio.
I carburi di ferro (Fe2,4C / Fe3C) si formano in condizioni di bassa sovratensione dell'idrogeno.
Per mitigare la corrosione superficiale causata da cricche da tensocorrosione o infragilimento da idrogeno, la sollecitazione residua è tipicamente rimosso attraverso un trattamento termico, che aumenta anche l'efficienza dell'intrappolamento dell'idrogeno.
Può essere impegnativo creare acciai automobilistici ad altissima resistenza che offrano sia un'eccezionale resistenza alla corrosione che all'infragilimento da idrogeno.
All'aumentare del contenuto di carbonio, aumenta anche la velocità di riduzione dell'idrogeno, mentre la velocità di diffusione dell'idrogeno diminuisce significativamente.
La chiave per utilizzare il carbonio medio o acciaio ad alto tenore di carbonio per i componenti automobilistici o gli alberi di trasmissione consiste nel controllare efficacemente i componenti di carburo all'interno della microstruttura.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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