Mengapa baja dengan kandungan karbon tinggi mudah pecah? Bagian 1

2022-06-24

Batangan dengan kandungan karbon tinggi telah berkali-kali patah, seperti poros yang terbuat dari baja 45#, yang akan patah setelah digunakan dalam waktu singkat. Mengambil sampel dari bagian yang retak dan melakukan analisis metalografi, seringkali tidak mungkin untuk menemukan penyebabnya, meskipun tidak dapat ditemukan beberapa penyebabnya, itu bukanlah penyebab sebenarnya.

Untuk memastikan kekuatan yang lebih tinggi, karbon juga harus ditambahkan ke baja, yang menyebabkan besi karbida mengendap. Dari sudut pandang elektrokimia, besi karbida bertindak sebagai katoda, mempercepat reaksi pelarutan anodik di sekitar substrat. Peningkatan fraksi volume besi karbida dalam struktur mikro juga disebabkan oleh sifat tegangan lebih hidrogen yang rendah pada karbida.
Permukaan baja mudah menghasilkan dan menyerap hidrogen. Ketika atom hidrogen menyusup ke dalam baja, fraksi volume hidrogen dapat meningkat, dan akhirnya ketahanan material terhadap penggetasan hidrogen berkurang secara signifikan.
Penurunan yang signifikan dalam ketahanan korosi dan ketahanan penggetasan hidrogen pada baja berkekuatan tinggi tidak hanya merusak sifat baja, tetapi juga sangat membatasi penerapan baja tersebut.
Misalnya, ketika baja mobil terkena berbagai lingkungan korosif seperti klorida, di bawah pengaruh tegangan, fenomena retak korosi tegangan (SCC) yang mungkin terjadi akan menimbulkan ancaman serius bagi keselamatan bodi mobil.
Semakin tinggi kandungan karbon, semakin rendah koefisien difusi hidrogen dan semakin tinggi kelarutan hidrogen. Sarjana Chan pernah mengusulkan bahwa berbagai cacat kisi seperti endapan (sebagai tempat perangkap atom hidrogen), potensial, dan pori-pori sebanding dengan kandungan karbon. Peningkatan kandungan karbon akan menghambat difusi hidrogen, sehingga koefisien difusi hidrogen juga rendah.
Karena kandungan karbon sebanding dengan kelarutan hidrogen, semakin besar fraksi volume karbida yang menjebak atom hidrogen, semakin kecil koefisien difusi hidrogen di dalam baja, semakin besar kelarutan hidrogen, dan kelarutan hidrogen juga mengandung informasi tentang hidrogen yang dapat difusi, jadi kerentanan penggetasan hidrogen adalah yang tertinggi. Dengan meningkatnya kandungan karbon, koefisien difusi atom hidrogen menurun dan konsentrasi hidrogen permukaan meningkat, yang disebabkan oleh penurunan tegangan lebih hidrogen pada permukaan baja.