Por que o aço com alto teor de carbono é propenso a quebrar?

Barras com alto teor de carbono sofreram inúmeras fraturas.

Por exemplo, um eixo feito de aço 45# pode quebrar se não for utilizado por um longo período.

A coleta de amostras das peças quebradas e a realização de análises metalográficas frequentemente não conseguem determinar a causa da fratura.

Mesmo que um motivo seja identificado, pode não ser a causa real.

Por que o aço com alto teor de carbono é fácil de quebrar

Para aumentar a resistência do aço, deve-se adicionar carbono. Isso resulta na precipitação de carbonetos de ferro. Do ponto de vista eletroquímico, os carbonetos de ferro atuam como cátodos, acelerando a reação de dissolução anódica ao redor do substrato. O aumento da fração volumétrica de carbonetos de ferro na microestrutura também está ligado às características de baixa sobretensão de hidrogênio dos carbonetos.

A superfície do aço é propensa a gerar e absorver hidrogênio. À medida que os átomos de hidrogênio penetram no aço, a fração volumétrica de hidrogênio pode aumentar, reduzindo a resistência do material à fragilização por hidrogênio. Esta redução na resistência à corrosão e na resistência à fragilização por hidrogênio impacta significativamente as propriedades do aço e restringe suas aplicações.

Por exemplo, quando o aço automotivo é exposto a ambientes corrosivos como o cloreto, a corrosão sob tensão (SCC) pode ocorrer sob tensão, representando uma ameaça à segurança do corpo.

Quanto maior o teor de carbono, menor o coeficiente de difusão do hidrogênio e maior a solubilidade do hidrogênio. Alguns pesquisadores sugeriram que vários defeitos da rede, como precipitados, potenciais e poros, aumentam proporcionalmente com o teor de carbono. À medida que o teor de carbono aumenta, a difusão do hidrogénio é inibida, levando a uma diminuição no coeficiente de difusão do hidrogénio.

O teor de carbono é proporcional à solubilidade do hidrogênio, portanto, como os carbonetos retêm átomos de hidrogênio, quanto maior a fração volumétrica, menor será o coeficiente de difusão do hidrogênio no interior do aço. Isso resulta em um aumento na solubilidade do hidrogênio e na sensibilidade à fragilização por hidrogênio.

À medida que o teor de carbono aumenta, o coeficiente de difusão do hidrogênio diminui e a concentração superficial de hidrogênio aumenta devido a uma diminuição na sobretensão de hidrogênio na superfície do aço.

Os resultados do teste de polarização de tensão acionada mostram que quanto maior o teor de carbono da amostra, mais fácil será para a reação de redução do cátodo (reação de geração de hidrogênio) e a reação de dissolução do ânodo ocorrerem em ambiente ácido.

Os carbonetos atuam como cátodos e sua fração volumétrica aumenta em comparação com a matriz com baixa sobretensão de hidrogênio. Os resultados do teste eletroquímico de permeação de hidrogênio indicam que quanto maior o teor de carbono e a fração volumétrica dos carbonetos na amostra, menor será o coeficiente de difusão dos átomos de hidrogênio e maior será sua solubilidade. À medida que o teor de carbono aumenta, a resistência à fragilização por hidrogênio diminui.

O teste de tração com taxa de deformação lenta confirmou que quanto maior o teor de carbono, menor a resistência à fissuração por corrosão sob tensão. Isto é proporcional à fração volumétrica de carbonetos.

À medida que a reação de redução do hidrogênio e a permeação do hidrogênio na amostra aumentam, ocorre a reação de dissolução anódica, acelerando a formação de zonas de deslizamento. À medida que o teor de carbono aumenta, os carbonetos precipitam no interior do aço, aumentando a possibilidade de fragilização por hidrogênio sob a ação de reações de corrosão eletroquímica.

Para garantir excelente resistência à corrosão e resistência à fragilização por hidrogênio do aço, controlar a precipitação de carbonetos e a fração volumétrica é um método eficaz.

Por que o aço com alto teor de carbono é fácil de quebrar

A utilização do aço em peças e componentes automotivos é limitada devido à sua menor resistência à fragilização por hidrogênio.

Este fenômeno é resultado da corrosão causada pela exposição a soluções aquosas.

A sensibilidade à fragilização por hidrogênio está diretamente ligada ao teor de carbono do aço.

Carbonetos de ferro (Fe2,4C / Fe3C) são formados sob condições de baixa sobretensão de hidrogênio.

Para mitigar a corrosão superficial causada por corrosão sob tensão ou fragilização por hidrogênio, a tensão residual é normalmente removida por meio de tratamento térmico, o que também aumenta a eficiência da retenção de hidrogênio.

Pode ser um desafio criar aços automotivos de ultra-alta resistência que ofereçam excepcional resistência à corrosão e resistência à fragilização por hidrogênio.

Por que o aço com alto teor de carbono é fácil de quebrar

À medida que o teor de carbono aumenta, a taxa de redução do hidrogénio também aumenta, enquanto a taxa de difusão do hidrogénio diminui significativamente.

A chave para a utilização de aço de médio ou alto carbono para componentes de automóveis ou eixos de transmissão reside no controle eficaz dos componentes de metal duro dentro da microestrutura.

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