Чому сталі з високим вмістом вуглецю легко руйнуються? Частина 1

2022-06-24

Прутки з високим вмістом вуглецю ламалися багато разів, наприклад вали зі сталі 45#, які зламаються після короткого часу використання. Взявши зразки зі зламаних частин і провівши металографічний аналіз, часто неможливо знайти причину, навіть якщо знайти якісь причини надумано, це не справжня причина.

Для забезпечення більшої міцності в сталь також необхідно додавати вуглець, з якого випадають карбіди заліза. З електрохімічної точки зору карбід заліза діє як катод, прискорюючи реакцію анодного розчинення навколо підкладки. Збільшення об'ємної частки карбідів заліза в мікроструктурі також пояснюється властивостями карбідів з низькою перенапругою водню.
Поверхня сталі легко генерувати і поглинати водень. Коли атоми водню проникають у сталь, об'ємна частка водню може збільшуватися, і, нарешті, стійкість до водневої крихкості матеріалу значно знижується.
Значне зниження стійкості до корозії та водневої крихкості високоміцних сталей не тільки шкодить властивостям сталі, але й значно обмежує застосування сталі.
Наприклад, коли автомобільна сталь піддається впливу різних корозійних середовищ, таких як хлорид, під дією напруги, явище корозійного розтріскування під напругою (SCC), яке може виникнути, становитиме серйозну загрозу для безпеки кузова автомобіля.
Чим вищий вміст вуглецю, тим нижчий коефіцієнт дифузії водню і вища розчинність водню. Вчений Чен одного разу припустив, що різні дефекти решітки, такі як преципітати (як місця захоплення атомів водню), потенціал і пори пропорційні вмісту вуглецю. Збільшення вмісту вуглецю буде гальмувати дифузію водню, тому коефіцієнт дифузії водню також низький.
Оскільки вміст вуглецю пропорційний розчинності водню, чим більша об’ємна частка карбідів як пасток атомів водню, чим менший коефіцієнт дифузії водню всередині сталі, тим більша розчинність водню, а розчинність водню також містить інформацію про здатний до дифузії водень, тому сприйнятливість до водневої крихкості є найвищою. Зі збільшенням вмісту вуглецю зменшується коефіцієнт дифузії атомів водню і збільшується поверхнева концентрація водню, що зумовлено зменшенням перенапруги водню на поверхні сталі.