SEMINÁRIO SOBRE FRAGILIZAÇÃO POR

HIDROGÊNIO

• CONCEITO E DEFINIÇÕES•CAUSAS DA FH•OCORRÊNCIAS

•CONSEQUÊNCIAS•COMO EVITAR OU MINIMIZAR A

SUA OCORRÊNCIA

O efeito que o hidrogênio tem sobre algumas propriedades mecânicas dos metais foi descoberto em 1875 pelo inglês W. H. Johnson. Desde então, apesar da descoberta de poderosas ligas metálicas, a fragilização por hidrogênio continua a ter considerável poder de degradação na resistência à fratura das ligas metálicas.Para entendermos melhor o fenômeno da fragilização por hidrogênio, revisaremos antes alguns conceitos sobre a estrutura dos materiais.

Difusão é o fenômeno de transporte de material através do

movimento dos átomos.Quando os átomos de um elemento se

difundem para o interior de um outro, ocorre a chamada

interdifusão, ou difusão de impurezas.

O hidrogênio, por ter o menor raio atômico, se encaixa entre ao átomos que compõem a estrutura cristalina de um metal ou liga metálica. - difusão intersticial.

Ductilidade é a capacidade de um material de se deformar plasticamente quando submetido a tensões de tração.

• CONCEITO E DEFINIÇÕES

•

(b) e (c) - Fraturas dúcteis(a) - Fratura frágil

• CONCEITO E DEFINIÇÕES•Quando o hidrogênio atômico se difunde em algumas ligas metálicas ( especialmente o aço), mesmo que em concentração muito reduzida, ocasiona grande redução nas suas propriedades mecânicas de ductilidade e limite de resistência à tração.• Esta difusão intersticial dos átomos de hidrogênio na estrutura cristalina de uma liga metálica ocasiona a formação e propagação de trincas.

• CONCEITO E DEFINIÇÕES•Este trincamento na EC pode levar a uma repentina e inesperada fratura frágil da liga metálica, quando submetida a tensões de tração bem abaixo do limite nominal•A esse fenômeno de interação do hidrogênio com o metal ou liga metálica, dá-se o nome de fragilização por hidrogênio, ou trincamento induzido pelo hidrogênio.

Representação esquemática da reação entre o hidrogênio atômico e o carbono, formando o gás metano (CH4), que , devido ao grande aumento da pressão, provoca o trincamento da estrutura

transgranular.

• CONCEITO E DEFINIÇÕES•A fragilização por hidrogênio é, no sentido mais correto, uma falha, e não propriamente uma das oito formas de corrosão.•Para que ocorra, são necessárias duas condições:• A presença de alguma fonte de hidrogênio;•A possibilidade de formação do hidrogênio atômico.

• FONTES DE HIDROGÊNIO•Podemos classificar a FH ( ou HE, do inglês Hydrogen Embrittlement) em dois tipos, devido à fonte de hidrogênio:• Ambiental, devido ao fornecimento de hidrogênio pelo ambiente, ou seja, pelas reações de corrosão e proteção catódica;•Estrutural, devido à presença de hidrogênio durante processos químicos ou metalúrgicos de determinado produto metálico.•.

• CONCEITO E DEFINIÇÕES•O ingresso e difusão do hidrogênio atômico se dá pelo contato da liga com o produto das reações de corrosão e proteção catódica.• Ex: Zn em sol. Ácida.

• CONCEITO E DEFINIÇÕES• Introdução de hidrogênio na liga durante tratamentos térmicos e químicos, como a decapagem, eletrogalvanização e soldagem em ambientes com atmosfera que contenha hidrogênio ( incluindo o vapor d´agua).•Aqui se incluem os processos de metalurgia, como por exemplo, na usinagem, perfuração ou soldagem, pelo uso de lubrificantes não apropriados.

• “VENENOS” • Existem compostos que catalisam a fragilização por hidrogênio por retardarem a formação do hidrogênio molecular e, consequentemente, aumentarem o tempo de exposição da peça ao hidrogênio atômico.•Estas substâncias são chamadas de “venenos”, geralmente à base de enxofre e arsênio.•O Sulfeto de hidrogênio ( H2S), o mais agressivo destes, é encontrado em fluidos derivados do petróleo e gás natural.

• SUSCEPTIBILIDADE À FH• Quanto maior a resistência de um aço, mais suscetível estará à fragilização por hidrogênio.•As ligas CFC, como as ligas de cobre, alumínio e níquel, além dos aços austeníticos, são relativamente resistentes à FH, especialmente por terem elevada ductilidade. Porém, não podem ser deformadas a frio para endurecimento.

• SUSCEPTIBILIDADE À FH• A FH é a maior causa de avaria em parafusos.

•os aços austeníticos, são relativamente resistentes à FH, especialmente por terem elevada ductilidade. Porém, não podem ser deformadas a frio para endurecimento.

• AÇÕES PARA REDUZIR A FHO melhor método para controlar os danos causados pelo hidrogênio é prevenir o contato entre o metal e o hidrogênio, uma vez que o fenômeno se dá devido à interação física entre os dois. Além disso, pode-se minimizar os danos através do controle do ambiente e controle metalúrgico.

• AÇÕES PARA REDUZIR A FHO controle do ambiente envolve o controle da temperatura, pressão,umidade, presença de “venenos”, produtos de corrosão e adequação da liga metálica utilizada ao ambiente.O controle metalúrgico envolve a minimização de contaminação por hidrogênio durante a fundição, forja, soldagem, usinagem, limpeza química ( como a decapagem) e eletrodeposição da peça ou estrutura metálica, que usa a própria peça como catodo.

• AÇÕES PARA REDUZIR A FH• Tratamento térmico da liga para diminuir o limite de resistência à tração;•Identificação e remoção da fonte de hidrogênio;•Substituir a liga por uma mais resistente à fragilização.•Cozimento da liga a uma temperatura elevada para eliminar resíduos de hidrogênio dissolvido.

• AÇÕES PARA REDUZIR A FH

• O uso de aditivos reduz a difusão do hidrogênio na estrutura molecular da liga. Adicionando-se 1,5% de Titânio

ao aço, por exemplo, aumenta o tempo de difusão do hidrogênio ao

máximo e diminui a taxa de difusão, devido à criação de micro gradientes de pressão que reduzem a velocidade

de difusão.

• AÇÕES PARA REDUZIR A FH

Controle da proteção catódica

Outro detalhe importante é o controle da proteção catódica, que

também gera hidrogênio e este pode se difundir no interior da liga a ser

protegida. O ideal é suplementar este método de proteção com outros

métodos que minimizem a geração de hidrogênio.

• CONCLUSÃO

A possibilidade de danos causados pela fragilização do

hidrogênio deve ser considerada no projeto de sistemas e estruturas mecânicas,

especialmente se houver a presença de compostos à base de

enxofre ou arsênio. de hidrogênio.

• CONCLUSÃO

Especial atenção deve ser dada ao estudo dos compostos presentes ou

potencialmente encontrados no ambiente de trabalho onde irá trabalhar a peça ou estrutura

metálica, levando-se em conta os “venenos” e hidrocarbonetos e derivados do petróleo. Todas as fontes de hidrogênio devem ser consideradas e eliminadas ( ou

minimizadas), de modo que a principal causa da fragilização seja

controlada.

• CONCLUSÃO

Tratamentos térmicos como o recozimento , mostram-se bastante

eficientes, a fim de se reduzir a dureza e eliminar o hidrogênio

residual interior.Por fim, o conhecimento deste

fenômeno é de essencial importância para que se possa otimizar recursos,

reduzir falhas e aumentar a confiabilidade de um sistema

mecânico em ambientes propícios em que estejam presentes ligas

metálicas, especialmente ligas de aço.