Miks suure süsinikusisaldusega terased kergesti purunevad? 1. osa

2022-06-24

Kõrge süsinikusisaldusega vardad on korduvalt purunenud, näiteks 45# terasest võllid, mis purunevad pärast lühikest kasutusaega. Võttes purunenud osadest proove ja tehes metallograafilist analüüsi, on põhjust sageli võimatu leida, isegi kui mõne põhjuse leidmine on kauge, ei ole see tegelik põhjus.

Suurema tugevuse tagamiseks tuleb terasele lisada ka süsinikku, millega sadestuvad raudkarbiidid. Elektrokeemilisest vaatenurgast toimib raudkarbiid katoodina, kiirendades substraadi ümber toimuvat anoodset lahustumisreaktsiooni. Raudkarbiidide mahuosa suurenemine mikrostruktuuris on samuti tingitud karbiidide madalatest vesiniku ülepinge omadustest.
Terase pinnal on lihtne vesinikku tekitada ja neelata. Kui vesinikuaatomid imbuvad terasesse, võib vesiniku mahuosa suureneda ja lõpuks väheneb oluliselt materjali vastupidavus vesiniku rabedusele.
Kõrgtugevate teraste korrosioonikindluse ja vesiniku rabeduskindluse märkimisväärne vähenemine mitte ainult ei kahjusta terase omadusi, vaid piirab oluliselt ka terase kasutamist.
Näiteks kui autoteras puutub pinge toimel kokku mitmesuguste söövitavate keskkondadega, nagu kloriid, võib tekkida võiv pingekorrosioonipragunemine (SCC) kujutada tõsist ohtu auto kere ohutusele.
Mida suurem on süsinikusisaldus, seda madalam on vesiniku difusioonikoefitsient ja seda suurem on vesiniku lahustuvus. Teadlane Chan tegi kunagi ettepaneku, et mitmesugused võre defektid, nagu sademed (vesinikuaatomite lõksukohad), potentsiaal ja poorid, on võrdelised süsinikusisaldusega. Süsinikusisalduse suurenemine pärsib vesiniku difusiooni, seega on ka vesiniku difusioonikoefitsient madal.
Kuna süsinikusisaldus on võrdeline vesiniku lahustuvusega, siis mida suurem on karbiidide ruumalaosa vesinikuaatomi lõksudena, mida väiksem on vesiniku difusioonikoefitsient terases, seda suurem on vesiniku lahustuvus ning vesiniku lahustuvus sisaldab teavet ka difundeeruva vesiniku kohta, seega on vesiniku hapruse vastuvõtlikkus kõrgeim. Süsinikusisalduse suurenemisega vesinikuaatomite difusioonikoefitsient väheneb ja vesiniku pinnakontsentratsioon suureneb, mis on tingitud vesiniku ülepinge vähenemisest teraspinnal.