Kerapuhan Baja: Perangkap 375–575 °C dalam Keluli Cr-Mo

Fenomenanya

Kerapuhan baja ialah kehilangan keliatan hentaman yang berkembang apabila keluli aloi tertentu ditahan dalam, atau disejukkan perlahan melalui, kira-kira julat 375–575 °C. Sifat tegangan dan kekerasan keluli hampir tidak berubah — bahagian boleh lulus setiap ujian rutin dan masih rapuh pada suhu bilik, dengan suhu peralihan mulur-ke-rapuh beralih dengan mendadak ke atas. Ia terkenal dalam keluli kromium dan Cr-Mo, termasuk keluarga 2.25Cr-1Mo dan Cr-Mo-V yang digunakan untuk bekas tekanan, rotor dan bolt berat.

Mekanisme: ketulenan pada sempadan butiran

Kerapuhan bukan disebabkan oleh unsur pengaloian utama itu sendiri. Kekotoran surih — terutamanya fosforus, timah, antimoni dan arsenik — mengasing ke sempadan butiran austenit terdahulu semasa keluli duduk dalam julat kritikal, melemahkan sempadan supaya patah berjalan antara butiran. Mangan dan kromium menggalakkan pengasingan; molibdenum dalam jumlah sederhana melambatkannya, yang merupakan satu sebab Mo muncul dalam begitu banyak gred bekas tekanan.

Dua ciri menyusul daripada mekanisme:

• Ia boleh diterbalikkan. Memanaskan semula di atas julat (dan menyejuk dengan agak pantas) melarut semula pengasingan dan memulihkan keliatan — oleh itu "kerapuhan baja boleh balik", berbeza daripada kerapuhan sehala martensit terbaja pada suhu lebih rendah.
• Ia bergantung pada masa. Laluan pendek melalui julat tidak banyak memudaratkan; penahanan panjang, penyejukan relau perlahan keratan berat, dan tahun perkhidmatan di dalam julat mengumpul kerosakan.

Bagaimana spesifikasi melawannya

Kerana puncanya ialah kimia, pertahanan ditulis ke dalam keperluan pembelian:

• Had kekotoran — penapis mengawal P, Sn, Sb dan As kepada tahap rendah, dan pembeli tempaan kritikal menentukan parameter kerapuhan gabungan (formula faktor J dan bar X yang digunakan secara meluas memberatkan unsur ini bersama) dalam pesanan pembelian.
• Amalan pembajaan — baja di atas julat di tempat yang boleh dan elakkan penyejukan perlahan melaluinya dalam keratan berat; kitaran ujian penyejukan langkah digunakan untuk melayakkan bahan untuk bekas yang akan hidup dalam julat.
• Penerimaan melalui ujian hentaman — keperluan suhu peralihan Charpy, kadangkala selepas kitaran kerapuhan tersimulasi, mengesahkan keliatan sebenar dan bukannya menganggapnya.

Bacaan praktikal

Jika komponen Cr-Mo telah menghabiskan perkhidmatan panjang pada 400–550 °C dan mesti dinilai, kekerasan sahaja tidak menyatakan apa-apa tentang keliatannya. Sebaliknya, tempaan baharu yang memenuhi had kekotoran ketat dan dibaja dengan betul tidak "berisiko" semata-mata kerana suhu pembajaannya dipilih berhampiran julat — fenomena memerlukan kekotoran, suhu dan masa bersama-sama.

Bagaimana ia dikesan

Kerana kekerasan dan kekuatan tegangan kekal normal, kerapuhan baja ditemui melalui ujian hentaman Charpy — khususnya melalui anjakan suhu peralihan mulur-ke-rapuh berbanding keadaan tidak rapuh. Keliatan yang diukur pada satu suhu boleh mengelirukan; lengkung peralihan ialah buktinya. Di tempat sejarah komponen disyaki, sampel yang ditrepan daripada bahagian atau pelanjutan tempaan asal diuji, kadangkala selepas panasan semula penyahkerapuhan untuk mengesahkan diagnosis: jika keliatan kembali selepas panasan semula dan penyejukan pantas, kerapuhan baja — dan bukannya kerosakan kekal seperti rayapan atau serangan hidrogen — ialah puncanya.