Γιατί οι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα σπάνε εύκολα; Μέρος 2

2022-06-28

Από τα αποτελέσματα της δοκιμής δυναμικής πόλωσης τάσης, όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα του δείγματος σε άνθρακα, τόσο πιο επιρρεπής σε αντίδραση καθοδικής αναγωγής (αντίδραση παραγωγής υδρογόνου) και αντίδραση ανοδικής διάλυσης σε όξινο περιβάλλον. Σε σύγκριση με την περιβάλλουσα μήτρα με χαμηλή υπέρταση υδρογόνου, το καρβίδιο δρα ως κάθοδος με αυξημένο κλάσμα όγκου.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ηλεκτροχημικής δοκιμής διείσδυσης υδρογόνου, όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα και το κλάσμα όγκου των καρβιδίων στο δείγμα, τόσο μικρότερος είναι ο συντελεστής διάχυσης των ατόμων υδρογόνου και τόσο μεγαλύτερη είναι η διαλυτότητα. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα, μειώνεται επίσης η αντίσταση στην ευθραυστότητα του υδρογόνου.

Οι δοκιμές εφελκυσμού με αργό ρυθμό παραμόρφωσης επιβεβαίωσαν ότι όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα, τόσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση στη διάβρωση λόγω καταπόνησης. Ανάλογα με το κλάσμα όγκου των καρβιδίων, καθώς αυξάνεται η αντίδραση αναγωγής του υδρογόνου και η ποσότητα υδρογόνου που εγχέεται στο δείγμα, θα συμβεί η αντίδραση ανοδικής διάλυσης και ο σχηματισμός της ζώνης ολίσθησης θα επιταχυνθεί επίσης.


Όταν αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα, τα καρβίδια θα καθιζάνουν στο εσωτερικό του χάλυβα. Υπό τη δράση της ηλεκτροχημικής αντίδρασης διάβρωσης, η πιθανότητα ευθραυστότητας του υδρογόνου θα αυξηθεί. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο χάλυβας έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και στην ευθραυστότητα του υδρογόνου, η κατακρήμνιση καρβιδίου και ο έλεγχος του κλάσματος όγκου είναι αποτελεσματικές μέθοδοι ελέγχου.

Η εφαρμογή του χάλυβα σε ανταλλακτικά αυτοκινήτων υπόκειται σε ορισμένους περιορισμούς, επίσης λόγω της σημαντικής μείωσης της αντίστασής του στην ευθραυστότητα του υδρογόνου, η οποία προκαλείται από την υδατική διάβρωση. Στην πραγματικότητα, αυτή η ευαισθησία στην ευθραυστότητα του υδρογόνου σχετίζεται στενά με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, με την καθίζηση καρβιδίων του σιδήρου (Fe2.4C/Fe3C) υπό συνθήκες χαμηλής υπέρτασης υδρογόνου.

Γενικά, για την τοπική αντίδραση διάβρωσης στην επιφάνεια που προκαλείται από το φαινόμενο της ρωγμής λόγω διάβρωσης με τάση ή το φαινόμενο ευθραυστότητας του υδρογόνου, η υπολειπόμενη τάση αφαιρείται με θερμική επεξεργασία και η απόδοση της παγίδας υδρογόνου αυξάνεται. Δεν είναι εύκολο να αναπτυχθεί χάλυβας αυτοκινήτων εξαιρετικά υψηλής αντοχής τόσο με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση όσο και στην ευθραυστότητα του υδρογόνου.

Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα, ο ρυθμός μείωσης του υδρογόνου αυξάνεται, ενώ ο ρυθμός διάχυσης του υδρογόνου μειώνεται σημαντικά. Το κλειδί για τη χρήση χάλυβα μεσαίου άνθρακα ή υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ως εξαρτημάτων ή άξονες μετάδοσης είναι ο αποτελεσματικός έλεγχος των συστατικών καρβιδίου στη μικροδομή.