Kodėl plienas, kuriame yra daug anglies, lengvai lūžta? 1 dalis

2022-06-24

Strypai su dideliu anglies kiekiu lūžę daug kartų, pavyzdžiui, velenai pagaminti iš 45# plieno, kurie sulūžs po trumpo naudojimo. Imant mėginius iš lūžusių dalių ir atliekant metalografinę analizę, dažnai neįmanoma rasti priežasties, net jei toli gražu rasti priežastis, tai nėra tikroji priežastis.

Siekiant užtikrinti didesnį stiprumą, į plieną taip pat reikia įpilti anglies, su kuria nusėda geležies karbidai. Elektrocheminiu požiūriu geležies karbidas veikia kaip katodas, pagreitinantis anodinio tirpimo reakciją aplink substratą. Geležies karbidų tūrinės dalies padidėjimas mikrostruktūroje taip pat siejamas su žemomis karbidų vandenilio viršįtampio savybėmis.
Plieno paviršius lengvai generuoja ir sugeria vandenilį. Vandenilio atomams prasiskverbus į plieną, gali padidėti vandenilio tūrinė dalis, galiausiai gerokai sumažėja medžiagos atsparumas vandenilio trapumui.
Labai sumažėjęs didelio stiprio plieno atsparumas korozijai ir atsparumas vandeniliniam trapumui ne tik kenkia plieno savybėms, bet ir labai apriboja plieno panaudojimą.
Pavyzdžiui, kai automobilių plienas yra veikiamas įvairiomis korozinėmis aplinkomis, tokiomis kaip chloridas, veikiamas įtempių, galintis atsirasti įtempių korozijos įtrūkimų (SCC) reiškinys sukels rimtą grėsmę automobilio kėbulo saugumui.
Kuo didesnis anglies kiekis, tuo mažesnis vandenilio difuzijos koeficientas ir didesnis vandenilio tirpumas. Mokslininkas Chanas kartą pasiūlė, kad įvairūs gardelės defektai, tokie kaip nuosėdos (kaip vandenilio atomų gaudyklės), potencialas ir poros yra proporcingi anglies kiekiui. Padidėjęs anglies kiekis stabdys vandenilio difuziją, todėl vandenilio difuzijos koeficientas taip pat mažas.
Kadangi anglies kiekis yra proporcingas vandenilio tirpumui, kuo didesnė karbidų, kaip vandenilio atomų gaudyklių, tūrio dalis, tuo mažesnis vandenilio difuzijos koeficientas plieno viduje, tuo didesnis vandenilio tirpumas, o vandenilio tirpumas taip pat turi informacijos apie difuzinį vandenilį, todėl jautrumas vandenilio trapumui yra didžiausias. Didėjant anglies kiekiui, mažėja vandenilio atomų difuzijos koeficientas ir didėja paviršinė vandenilio koncentracija, kurią sąlygoja vandenilio viršįtampio mažėjimas plieno paviršiuje.