چرا فولادهای با محتوای کربن بالا به راحتی می شکنند؟ قسمت 1

2022-06-24

میله هایی با محتوای کربن بالا بارها شکسته شده اند، مانند شفت های ساخته شده از فولاد 45# که پس از مدت کوتاهی استفاده می شکند. با نمونه برداری از قطعات شکسته و انجام آنالیز متالوگرافی، یافتن علت اغلب غیرممکن است، حتی اگر یافتن برخی دلایل دور از ذهن باشد، دلیل واقعی نیست.

برای اطمینان از استحکام بالاتر، کربن نیز باید به فولاد اضافه شود که با آن کاربیدهای آهن رسوب می کنند. از نقطه نظر الکتروشیمیایی، کاربید آهن به عنوان یک کاتد عمل می کند و واکنش انحلال آندی را در اطراف بستر تسریع می کند. افزایش کسر حجمی کاربیدهای آهن در ریزساختار نیز به خواص اضافه ولتاژ هیدروژن کم کاربیدها نسبت داده می شود.
سطح فولاد تولید و جذب هیدروژن آسان است. هنگامی که اتم های هیدروژن به داخل فولاد نفوذ می کنند، کسر حجمی هیدروژن ممکن است افزایش یابد و در نهایت مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژنی مواد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
کاهش قابل توجه مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژنی فولادهای با استحکام بالا نه تنها به خواص فولاد آسیب می رساند، بلکه کاربرد فولاد را نیز بسیار محدود می کند.
به عنوان مثال، زمانی که فولاد خودرو در معرض محیط‌های خورنده مختلف مانند کلرید قرار می‌گیرد، تحت تأثیر تنش، پدیده ترک خوردگی ناشی از تنش (SCC) که ممکن است رخ دهد، ایمنی بدنه خودرو را با خطر جدی مواجه خواهد کرد.
هر چه محتوای کربن بیشتر باشد، ضریب انتشار هیدروژن کمتر و حلالیت هیدروژن بیشتر است. محقق چان زمانی پیشنهاد کرد که عیوب مختلف شبکه مانند رسوبات (به عنوان محل تله برای اتم های هیدروژن)، پتانسیل و منافذ متناسب با محتوای کربن هستند. افزایش محتوای کربن مانع از انتشار هیدروژن می شود، بنابراین ضریب انتشار هیدروژن نیز پایین است.
از آنجایی که محتوای کربن متناسب با حلالیت هیدروژن است، هرچه کسر حجمی کاربیدها به عنوان تله اتم هیدروژن بیشتر باشد، ضریب انتشار هیدروژن در داخل فولاد کمتر باشد، حلالیت هیدروژن بیشتر است و حلالیت هیدروژن همچنین حاوی اطلاعاتی در مورد هیدروژن قابل انتشار است. بنابراین حساسیت به تردی هیدروژنی بالاترین است. با افزایش محتوای کربن، ضریب انتشار اتم‌های هیدروژن کاهش می‌یابد و غلظت هیدروژن سطحی افزایش می‌یابد که ناشی از کاهش اضافه ولتاژ هیدروژن در سطح فولاد است.