لماذا ينكسر الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من الكربون بسهولة؟ الجزء 1

2022-06-24

لقد انكسرت القضبان التي تحتوي على نسبة عالية من الكربون عدة مرات، مثل الأعمدة المصنوعة من الفولاذ 45#، والتي سوف تنكسر بعد فترة قصيرة من الاستخدام. أخذ عينات من الأجزاء المكسورة وإجراء التحليل الميتالوغرافي، غالباً ما يكون من المستحيل العثور على السبب، حتى لو كان من المستبعد العثور على بعض الأسباب، فهي ليست السبب الحقيقي.

ولضمان قوة أعلى، يجب أيضًا إضافة الكربون إلى الفولاذ، حيث تترسب كربيدات الحديد. من وجهة نظر كهروكيميائية، يعمل كربيد الحديد ككاثود، مما يسرع تفاعل الذوبان الأنودي حول الركيزة. تُعزى الزيادة في نسبة حجم كربيدات الحديد داخل البنية المجهرية أيضًا إلى انخفاض خصائص الجهد الزائد للهيدروجين في الكربيدات.
سطح الفولاذ سهل توليد وامتصاص الهيدروجين. عندما تتسلل ذرات الهيدروجين إلى الفولاذ، قد يزيد الجزء الحجمي للهيدروجين، وفي النهاية تقل مقاومة المادة للتقصف الهيدروجيني بشكل كبير.
إن الانخفاض الكبير في مقاومة التآكل ومقاومة التقصف الهيدروجيني للفولاذ عالي القوة لا يضر بخصائص الفولاذ فحسب، بل يحد أيضًا بشكل كبير من تطبيق الفولاذ.
على سبيل المثال، عندما يتعرض فولاذ السيارات لبيئات تآكل مختلفة مثل الكلوريد، تحت تأثير الإجهاد، فإن ظاهرة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC) التي قد تحدث ستشكل تهديدًا خطيرًا لسلامة جسم السيارة.
كلما زاد محتوى الكربون، انخفض معامل انتشار الهيدروجين وارتفعت قابلية ذوبان الهيدروجين. اقترح الباحث تشان ذات مرة أن عيوب الشبكة المختلفة مثل الرواسب (كمواقع احتجاز لذرات الهيدروجين)، والإمكانات، والمسام تتناسب مع محتوى الكربون. زيادة محتوى الكربون سوف تمنع انتشار الهيدروجين، وبالتالي فإن معامل انتشار الهيدروجين منخفض أيضًا.
بما أن محتوى الكربون يتناسب مع قابلية ذوبان الهيدروجين، فكلما زاد حجم الكربيدات كمصائد ذرة الهيدروجين، قل معامل انتشار الهيدروجين داخل الفولاذ، زادت قابلية ذوبان الهيدروجين، كما تحتوي قابلية ذوبان الهيدروجين على معلومات حول الهيدروجين القابل للانتشار، لذا فإن قابلية التقصف بالهيدروجين هي الأعلى. مع زيادة محتوى الكربون، ينخفض ​​معامل انتشار ذرات الهيدروجين ويزداد تركيز الهيدروجين السطحي، والذي يحدث بسبب انخفاض الجهد الزائد للهيدروجين على سطح الفولاذ.