Hvorfor går stål med høyt karboninnhold lett i stykker? Del 1

2022-06-24

Stenger med høyt karboninnhold har gått i stykker mange ganger, som aksler laget av 45# stål, som vil knekke etter kort tids bruk. Ved å ta prøver fra de frakturerte delene og utføre metallografiske analyser er det ofte umulig å finne årsaken, selv om det er langt inne å finne noen årsaker, det er ikke den faktiske årsaken.

For å sikre høyere styrke må det også tilsettes karbon til stålet, som jernkarbider feller ut med. Fra et elektrokjemisk synspunkt fungerer jernkarbid som en katode, og akselererer den anodiske oppløsningsreaksjonen rundt substratet. Økningen i volumfraksjonen av jernkarbider i mikrostrukturen tilskrives også de lave hydrogenoverspenningsegenskapene til karbidene.
Overflaten på stålet er lett å generere og absorbere hydrogen. Når hydrogenatomene infiltrerer stålet, kan volumfraksjonen av hydrogen øke, og til slutt reduseres motstanden mot hydrogensprøhet av materialet betydelig.
Den betydelige reduksjonen i korrosjonsmotstand og hydrogensprøhet av høyfast stål skader ikke bare egenskapene til stålet, men begrenser også bruken av stålet sterkt.
For eksempel, når bilstål utsettes for forskjellige korrosive miljøer som klorid, under påvirkning av stress, vil fenomenet med spenningskorrosjon (SCC) som kan oppstå, utgjøre en alvorlig trussel mot sikkerheten til bilkroppen.
Jo høyere karboninnhold, jo lavere er hydrogendiffusjonskoeffisienten og jo høyere hydrogenløselighet. Forsker Chan foreslo en gang at forskjellige gitterdefekter som utfellinger (som fellesteder for hydrogenatomer), potensial og porer er proporsjonale med karboninnholdet. Økningen av karboninnhold vil hemme hydrogendiffusjon, så hydrogendiffusjonskoeffisienten er også lav.
Siden karboninnholdet er proporsjonalt med hydrogenløseligheten, jo større volumfraksjon av karbider som hydrogenatomfeller, jo mindre er hydrogendiffusjonskoeffisienten inne i stålet, jo større er hydrogenløseligheten, og hydrogenløseligheten inneholder også informasjon om diffuserbart hydrogen, så mottakelighet for hydrogensprøhet er høyest. Med økningen av karboninnholdet synker diffusjonskoeffisienten til hydrogenatomer og overflatehydrogenkonsentrasjonen øker, noe som er forårsaket av reduksjonen av hydrogenoverspenning på ståloverflaten.