Porque é que o aço com elevado teor de carbono é propenso a partir-se?

As barras com elevado teor de carbono sofreram numerosas fracturas.

Por exemplo, um veio feito de aço 45# pode partir-se se não for utilizado durante um longo período de tempo.

A recolha de amostras das peças partidas e a realização de análises metalográficas não permitem frequentemente determinar a causa da fratura.

Mesmo que seja identificada uma razão, esta pode não ser a causa real.

Para aumentar a resistência do aço, é necessário adicionar carbono. Isto resulta na precipitação de carbonetos de ferro. Do ponto de vista eletroquímico, os carbonetos de ferro actuam como cátodos, acelerando a reação de dissolução anódica em torno do substrato. O aumento da fração volumétrica de carbonetos de ferro na microestrutura está também relacionado com as características de baixa sobretensão de hidrogénio dos carbonetos.

A superfície do aço é propensa a gerar e absorver hidrogénio. medida que os átomos de hidrogénio penetram no aço, a fração volumétrica de hidrogénio pode aumentar, reduzindo a resistência do material a fragilização por hidrogénio. Esta redução da resistência à corrosão e da resistência à fragilização por hidrogénio tem um impacto significativo nas propriedades do aço e restringe as suas aplicações.

Por exemplo, quando o aço para automóveis é exposto a ambientes corrosivos como o cloreto, pode ocorrer fissuração por corrosão sob tensão (SCC), o que constitui uma ameaça para a segurança da carroçaria.

Quanto maior for o teor de carbonoquanto menor for o coeficiente de difusão do hidrogénio e maior for a solubilidade do hidrogénio. Alguns investigadores sugeriram que vários defeitos da rede, tais como precipitados, potenciais e poros, aumentam proporcionalmente com o teor de carbono. medida que o teor de carbono aumenta, a difusão do hidrogénio é inibida, o que leva a uma diminuição do coeficiente de difusão do hidrogénio.

O teor de carbono é proporcional à solubilidade do hidrogénio, pelo que, à medida que os carbonetos aprisionam átomos de hidrogénio, quanto maior for a fração volumétrica, menor será o coeficiente de difusão do hidrogénio no interior do aço. Isto resulta num aumento da solubilidade do hidrogénio e da sensibilidade à fragilização por hidrogénio.

À medida que o teor de carbono aumenta, o coeficiente de difusão do hidrogénio diminui e a concentração superficial de hidrogénio aumenta devido a uma diminuição da sobretensão do hidrogénio na superfície do aço.

Os resultados do teste de polarização por tensão conduzida mostram que quanto maior for o teor de carbono da amostra, mais fácil é a ocorrência da reação de redução catódica (reação de geração de hidrogénio) e da reação de dissolução anódica num ambiente ácido.

Os carbonetos actuam como cátodos e a sua fração volumétrica aumenta em comparação com a matriz com uma baixa sobretensão de hidrogénio. Os resultados do ensaio eletroquímico de permeação de hidrogénio indicam que quanto maior for o teor de carbono e a fração volumétrica dos carbonetos na amostra, menor será o coeficiente de difusão dos átomos de hidrogénio e maior será a sua solubilidade. medida que o teor de carbono aumenta, a resistência à fragilização por hidrogénio diminui.

O ensaio de tração a baixa velocidade de deformação confirmou que quanto maior o teor de carbono, menor a resistência à fissuração por corrosão sob tensão. Isto é proporcional à fração volumétrica de carbonetos.

À medida que a reação de redução do hidrogénio e a permeação de hidrogénio na amostra aumentam, ocorre a reação de dissolução anódica, acelerando a formação de zonas de deslizamento. À medida que o teor de carbono aumenta, os carbonetos precipitam no interior do aço, aumentando a possibilidade de fragilização por hidrogénio sob a ação de reacções de corrosão eletroquímica.

Para garantir uma excelente resistência à corrosão e à fragilização por hidrogénio do aço, o controlo da precipitação de carbonetos e da fração de volume é um método eficaz.

A utilização do aço em peças e componentes de automóveis é limitada devido à sua menor resistência à fragilização por hidrogénio.

Este fenómeno resulta da corrosão provocada pela exposição a soluções aquosas.

A sensibilidade à fragilização por hidrogénio está diretamente relacionada com o teor de carbono do aço.

Os carbonetos de ferro (Fe2.4C / Fe3C) formam-se em condições de baixa sobretensão de hidrogénio.

Para atenuar a corrosão da superfície causada por fissuração por corrosão sob tensão ou fragilização por hidrogénio, o tensão residual é normalmente removido através de tratamento térmico, o que também aumenta a eficiência da captura de hidrogénio.

Pode ser um desafio criar aços para automóveis de ultra-alta resistência que ofereçam uma resistência excecional à corrosão e à fragilização por hidrogénio.

medida que o teor de carbono aumenta, a taxa de redução do hidrogénio também aumenta, enquanto a taxa de difusão do hidrogénio diminui significativamente.

A chave para a utilização de carbono médio ou aço de alto carbono para componentes de automóveis ou veios de transmissão reside no controlo eficaz dos componentes de carboneto na microestrutura.