Introdução à fragilização por hidrogênio

A fragilização por hidrogênio é o resultado da absorção de hidrogênio por metais suscetíveis, resultando na perda de ductilidade e redução da capacidade de carga. A tensão abaixo da tensão de escoamento do material fragilizado pode resultar em trincas e falhas frágeis catastróficas. A fragilização por hidrogênio também é chamada de craqueamento induzido por hidrogênio ou ataque de hidrogênio.

À temperatura ambiente, os átomos de hidrogênio podem ser absorvidos pela rede metálica e difundidos através dos grãos. O hidrogênio absorvido pode estar presente na forma atômica ou molecular combinada. Independentemente da forma, os átomos ou moléculas se combinam para formar pequenas bolhas nos contornos dos grãos metálicos. Essas bolhas atuam como concentradores de pressão, aumentando a pressão entre os grãos de metal. A pressão pode aumentar para níveis onde o metal tenha ductilidade reduzida, causando a formação de pequenas rachaduras no interior do material. A fissuração é intergranular. Ou seja, a trinca cresce ao longo dos limites de grão do metal. (Para saber mais sobre o assunto, veja Blistering por Hidrogênio e Fragilização por Hidrogênio:Causas e Medidas Preventivas.)

Um exemplo de falha devido à fragilização por hidrogênio é mostrado na figura abaixo. A imagem da esquerda mostra uma visão macroscópica de um parafuso de aço cromado fraturado. A imagem da direita mostra uma imagem de microscópio eletrônico de varredura da superfície da fratura. A aparência facetada da superfície da fratura é indicativa de fratura intergranular. O parafuso tornou-se frágil durante o processo de galvanoplastia de cromo.


Parafuso fraturado e imagem de microscópio eletrônico de varredura da superfície da fratura.


Existem três fatores necessários para a falha devido à fragilização por hidrogênio:

1. Um material suscetível
2. Exposição a um ambiente que contém hidrogênio
3. A presença de tensão de tração devido a tensão residual e/ou aplicada

Aços carbono de alta resistência e aços de baixa liga são as ligas mais vulneráveis ​​à fragilização por hidrogênio. Aços com resistência à tração inferior a 1000 MPa ou dureza inferior a 30 HRC geralmente não são considerados suscetíveis à fragilização por hidrogênio. (Outro exemplo pode ser encontrado no artigo Problemas de fragilização por hidrogênio com zinco:novas orientações discutidas.)

O hidrogênio entra e se difunde através de uma superfície metálica em temperaturas ambiente ou elevadas. Isso pode ocorrer durante várias operações de fabricação e montagem ou uso operacional - em qualquer lugar em que o metal entre em contato com hidrogênio atômico ou molecular.

Os processos que podem levar à fragilização por hidrogênio incluem fosfatização, decapagem ácida, galvanoplastia e soldagem a arco. Durante esses processos, existe a possibilidade de absorção de hidrogênio pelo material. Por exemplo, durante a soldagem a arco, o hidrogênio é liberado da umidade (por exemplo, no revestimento dos eletrodos de soldagem; para minimizar isso, eletrodos especiais de baixo hidrogênio são usados ​​​​para soldagem de aços de alta resistência).

Durante o uso, o hidrogênio pode ser introduzido no metal como resultado da corrosão, reações químicas do metal com ácidos ou com outros produtos químicos - principalmente sulfeto de hidrogênio em rachaduras por tensão de sulfeto.

Quanto à tensão para causar fratura, mesmo a tensão residual dentro de um componente pode ser suficiente.

As etapas que podem ser tomadas para evitar a fragilização por hidrogênio incluem a redução da exposição ao hidrogênio, bem como o cozimento após o revestimento e outros processos que levam à absorção de hidrogênio. O cozimento permite que o hidrogênio se difunda para fora do metal. Se o cozimento não for uma opção, então o uso de aços de menor resistência e a redução da tensão residual e aplicada são formas possíveis de evitar a fratura devido à fragilização por hidrogênio. Essas podem ser as melhores opções para circunstâncias que resultam em absorção de hidrogênio enquanto um componente está em serviço.

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