O que é a fragilização por hidrogênio?

A fragilização por hidrogênio é um problema sério, pode causar mudanças na estrutura dos materiais e levar a uma diminuição acentuada nas propriedades mecânicas. Apesar de décadas de pesquisas aprofundadas, ainda existem muitas incertezas sobre a fragilização do hidrogênio.

Conhecimento básico da fragilização por hidrogênio

Os materiais mais suscetíveis à fragilização por hidrogênio incluem aço de alta resistência, ligas de titânio e ligas de alumínio. A entrada de hidrogênio em metais e ligas é um fator importante na formação da fragilização por hidrogênio. Este processo em si é bastante complexo, e a taxa de entrada de hidrogênio também depende de muitas variáveis. Além da corrosão, as fontes de hidrogênio também incluem processos de fabricação de aço, decomposição inadequada de lubrificantes, ambientes de tratamento térmico, processos de soldagem e processamento mecânico em ambientes úmidos. Além disso, a maioria dos riscos de fragilização parece ocorrer durante o processo de tratamento de superfície eletroquímico.

A fragilização por hidrogênio pode ser dividida em duas categorias principais

1. fragilização interna de hidrogênio, que é causada pela absorção excessiva de gás hidrogênio por materiais metálicos durante a fundição, forjamento, soldagem, galvanoplastia ou processos de decapagem;

2. fragilização de hidrogênio ambiental, que é uma fratura frágil produzida sob a ação combinada de estresse e atmosfera de hidrogênio ou outros meios contendo hidrogênio.

Exemplos típicos de fragilização por hidrogênio ocorrem em materiais como aço carbono e ligas de aço. A força ou dureza dos fixadores é um parâmetro central.

Parafusos, parafusos e pregos com uma resistência à tração superior a 1000MPa, uma dureza do núcleo superior a 320HV e uma dureza de superfície mínima de 450HV; fixadores de alta resistência, como parafusos auto-roscantes com dureza superior a 40HRC; e arruelas elásticas com dureza superior a 40HRC correm o risco de fragilização por hidrogênio.

A fragilização por hidrogênio em fixadores é um processo de falha frágil retardado. As fraturas ocorrem após a instalação e ocorrem apenas em fixadores sob tensão de tração (com muito poucas exceções, como alguns componentes especiais de mola formados a frio que têm tensão de tração residual e podem fraturar mesmo sem instalação). O nível de tensão de tração nos fixadores é um parâmetro decisivo, pois os fixadores têm maior probabilidade de sofrer fratura por fragilização por hidrogênio sob altas forças de carga. No entanto, os fixadores também podem fraturar mesmo quando a resistência à tração é menor do que a carga aplicada. Esta falha ocorre em algum momento após os fixadores serem montados. Normalmente, as fraturas ocorrem várias horas ou dias após a instalação do fixador. A fragilização por hidrogênio raramente ocorre segundos ou meses após a montagem e, quando ocorre, acontece repentinamente, sem qualquer aviso ou sinais óbvios. A falha dos componentes durante a operação geralmente tem um alto custo.

A superfície da fratura por fragilização por hidrogênio exibe fratura não dúctil. Engenheiros de materiais experientes geralmente usam microscopia eletrônica de varredura para inspeção, e a aparência de fratura frágil é muito semelhante à causada por outras causas de fratura intergranular.

Proposta Figura 1: fragilização por hidrogênio causando fratura intergranular em parafusos

A ocorrência de fragilização por hidrogênio passa pelas seguintes etapas

1. o hidrogênio permeia os fixadores.

2. o hidrogênio no fixador se difunde para áreas de alta tensão de tração.

3. o hidrogênio segrega para os limites dos grãos, inclusões, fraturas e outros defeitos.

4. a concentração crítica de hidrogênio é atingida.

5. As rachaduras se propagam do ponto 2 ao ponto 5, até que o fixador não possa mais suportar a força de carga aplicada e, eventualmente, fraturas.

Imagine Figura 2: Hidrogênio derivado de crack infiltrando-se em fixadores

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