Las barras con un alto contenido en carbono han sufrido numerosas fracturas.
Por ejemplo, un eje hecho de acero 45# puede romperse si no se utiliza durante un período prolongado.
Tomar muestras de las piezas rotas y realizar análisis metalográficos a menudo no logra determinar la causa de la fractura.
Incluso si se identifica una razón, es posible que no sea la causa real.
Para aumentar la resistencia del acero, se debe agregar carbono. Esto da como resultado la precipitación de carburos de hierro. Desde un punto de vista electroquímico, los carburos de hierro actúan como cátodos, acelerando la reacción de disolución anódica alrededor del sustrato. El aumento de la fracción volumétrica de carburos de hierro en la microestructura también está relacionado con las características de baja sobretensión de hidrógeno de los carburos.
La superficie del acero es propensa a generar y absorber hidrógeno. A medida que los átomos de hidrógeno penetran en el acero, la fracción de volumen de hidrógeno puede aumentar, reduciendo la resistencia del material a la fragilización por hidrógeno. Esta reducción en la resistencia a la corrosión y la resistencia a la fragilización por hidrógeno impacta significativamente las propiedades del acero y restringe sus aplicaciones.
Por ejemplo, cuando el acero para automóviles se expone a ambientes corrosivos como el cloruro, puede ocurrir agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), lo que representa una amenaza para la seguridad de la carrocería.
Cuanto mayor es el contenido de carbono, menor es el coeficiente de difusión del hidrógeno y mayor es la solubilidad del hidrógeno. Algunos investigadores han sugerido que varios defectos de la red, como precipitados, potenciales y poros, aumentan proporcionalmente con el contenido de carbono. A medida que aumenta el contenido de carbono, se inhibe la difusión de hidrógeno, lo que lleva a una disminución del coeficiente de difusión de hidrógeno.
El contenido de carbono es proporcional a la solubilidad del hidrógeno, por lo tanto, como los carburos retienen átomos de hidrógeno, cuanto mayor es la fracción volumétrica, menor es el coeficiente de difusión del hidrógeno dentro del acero. Esto da como resultado un aumento de la solubilidad del hidrógeno y de la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno.
A medida que aumenta el contenido de carbono, el coeficiente de difusión de hidrógeno disminuye y la concentración de hidrógeno en la superficie aumenta debido a una disminución en la sobretensión de hidrógeno en la superficie del acero.
Los resultados de la prueba de polarización de voltaje impulsado muestran que cuanto mayor es el contenido de carbono de la muestra, más fácil es que ocurran la reacción de reducción del cátodo (reacción de generación de hidrógeno) y la reacción de disolución del ánodo en un ambiente ácido.
Los carburos actúan como cátodos y su fracción de volumen aumenta en comparación con la matriz con una baja sobretensión de hidrógeno. Los resultados de la prueba electroquímica de permeación de hidrógeno indican que cuanto mayor es el contenido de carbono y la fracción de volumen de carburos en la muestra, menor es el coeficiente de difusión de los átomos de hidrógeno y mayor su solubilidad. A medida que aumenta el contenido de carbono, disminuye la resistencia a la fragilización por hidrógeno.
La prueba de tracción con velocidad de deformación lenta confirmó que cuanto mayor es el contenido de carbono, menor es la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Esto es proporcional a la fracción de volumen de carburos.
A medida que aumentan la reacción de reducción de hidrógeno y la permeación de hidrógeno en la muestra, se produce la reacción de disolución anódica, acelerando la formación de zonas de deslizamiento. A medida que aumenta el contenido de carbono, los carburos precipitan dentro del acero, aumentando la posibilidad de fragilización por hidrógeno bajo la acción de reacciones de corrosión electroquímica.
Para garantizar una excelente resistencia a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno del acero, controlar la precipitación de carburo y la fracción de volumen es un método eficaz.
El uso de acero en piezas y componentes de automóviles es limitado debido a su menor resistencia a la fragilización por hidrógeno.
Este fenómeno es el resultado de la corrosión causada por la exposición a soluciones acuosas.
La sensibilidad a la fragilización por hidrógeno está directamente relacionada con el contenido de carbono del acero.
Los carburos de hierro (Fe2,4C/Fe3C) se forman en condiciones de baja sobretensión de hidrógeno.
Para mitigar la corrosión de la superficie causada por el agrietamiento por corrosión bajo tensión o la fragilización por hidrógeno, la tensión residual generalmente se elimina mediante tratamiento térmico, lo que también aumenta la eficiencia de la retención de hidrógeno.
Puede resultar complicado crear aceros para automóviles de resistencia ultraalta que ofrezcan una resistencia excepcional a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno.
A medida que aumenta el contenido de carbono, la tasa de reducción de hidrógeno también aumenta, mientras que la tasa de difusión de hidrógeno disminuye significativamente.
La clave para utilizar acero con medio o alto contenido de carbono para componentes de automóviles o ejes de transmisión reside en el control eficaz de los componentes de carburo dentro de la microestructura.
