Proč se oceli s vysokým obsahem uhlíku snadno lámou? Část 1

2022-06-24

Tyče s vysokým obsahem uhlíku se mnohokrát zlomily, například hřídele vyrobené z oceli 45#, které se po krátké době používání zlomí. Odebíráním vzorků z rozbitých částí a prováděním metalografické analýzy je často nemožné najít příčinu, i když najít nějaké důvody je přitažené za vlasy, není to skutečný důvod.

Pro zajištění vyšší pevnosti je třeba do oceli přidat i uhlík, se kterým se srážejí karbidy železa. Z elektrochemického hlediska působí karbid železa jako katoda, urychlující anodickou rozpouštěcí reakci kolem substrátu. Nárůst objemového podílu karbidů železa v mikrostruktuře je také připisován vlastnostem karbidů při nízkém vodíkovém přepětí.
Povrch oceli snadno generuje a absorbuje vodík. Při infiltraci atomů vodíku do oceli se může zvýšit objemový podíl vodíku a nakonec se výrazně sníží odolnost materiálu proti vodíkovému křehnutí.
Významné snížení odolnosti proti korozi a vodíkové křehkosti vysokopevnostních ocelí nejen poškozuje vlastnosti oceli, ale také značně omezuje použití oceli.
Například, když je automobilová ocel vystavena různým korozivním prostředím, jako je chlorid, při působení stresu, jev korozního praskání (SCC), který se může objevit, bude představovat vážnou hrozbu pro bezpečnost karoserie automobilu.
Čím vyšší je obsah uhlíku, tím nižší je koeficient difúze vodíku a tím vyšší je rozpustnost vodíku. Scholar Chan jednou navrhl, že různé defekty mřížky, jako jsou precipitáty (jako záchytná místa pro atomy vodíku), potenciál a póry jsou úměrné obsahu uhlíku. Zvýšení obsahu uhlíku bude bránit difúzi vodíku, takže koeficient difúze vodíku je také nízký.
Vzhledem k tomu, že obsah uhlíku je úměrný rozpustnosti vodíku, čím větší je objemový zlomek karbidů jako lapačů atomů vodíku, čím menší je koeficient difúze vodíku uvnitř oceli, tím větší je rozpustnost vodíku a rozpustnost vodíku také obsahuje informace o difuzním vodíku, takže náchylnost ke křehnutí vodíkem je nejvyšší. S rostoucím obsahem uhlíku klesá difúzní koeficient atomů vodíku a roste povrchová koncentrace vodíku, což je způsobeno poklesem vodíkového přepětí na povrchu oceli.