Abstract: Este artigo discute a fragilização do hidrogênio do aço carbono. Inclui uma discussão sobre o mecanismo pelo qual um aço é fragilizado pelo hidrogênio, circunstâncias que levam à fragilização, os efeitos da fragilização no comportamento do aço, como prevenir a fragilização e testes para avaliar se um aço foi fragilizado.

A fragilização pelo hidrogênio é uma perda de ductilidade do metal e redução da capacidade de suporte de carga devido à absorção de átomos ou moléculas de hidrogênio pelo metal. O resultado da fragilização pelo hidrogênio é que os componentes racham e fraturam com tensões inferiores à resistência de escoamento do metal.

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Processo de fragilização
A temperatura ambiente, os átomos de hidrogênio podem ser absorvidos por ligas de aço carbono. O hidrogênio absorvido pode estar presente como forma atômica ou molecular. Dado o tempo suficiente, o hidrogênio se difunde até os limites dos grãos metálicos e forma bolhas nos limites dos grãos metálicos. Estas bolhas exercem pressão sobre os grãos metálicos. A pressão pode aumentar até níveis onde o metal tem ductilidade e força reduzidas.

Situações que levam à absorção de hidrogênio

O hidrogênio pode entrar e se difundir através do aço, mesmo à temperatura ambiente. Isto pode ocorrer durante várias operações de fabricação e montagem ou uso operacional – em qualquer lugar onde o metal entre em contato com hidrogênio atômico ou molecular

Processos para os quais existe a possibilidade de absorção de hidrogênio incluem decapagem ácida e galvanoplastia. O hidrogênio está presente em banhos de decapagem ácida. Durante a galvanoplastia, o hidrogênio é produzido na superfície do metal a ser revestido. A decapagem ácida é utilizada para remover incrustações de óxido da superfície do aço e a galvanoplastia é normalmente utilizada para depositar zinco em porcas de aço, parafusos, parafusos e outros fixadores para proteção galvânica contra corrosão do aço. Outros revestimentos galvanizados são utilizados para diferentes aplicações.

A absorção de hidrogênio também pode ocorrer quando um componente está em serviço se o aço for exposto a ácidos ou se ocorrer corrosão do aço.

Fractura Intergranular

Um exemplo de falha devido à fragilização por hidrogênio é mostrado nas figuras abaixo. A imagem à esquerda mostra uma visão macroscópica de um parafuso de aço fraturado, zincado. A imagem da direita mostra uma imagem de microscópio eletrônico de varredura da superfície fraturada. Nesta imagem podem ser vistos os grãos individuais na superfície da fratura metálica, o que é indicativo de fratura intergranular. O parafuso ficou fraturado durante o processo de galvanização do zinco.

Fissuração intergranular ocorre quando as fissuras se formam e crescem ao longo dos limites dos grãos enfraquecidos em um metal. No caso de fragilização por hidrogénio, as bolhas de hidrogénio nos limites do grão enfraquecem o metal.

Requisitos para falha devido à fragilização por hidrogénio

Existem três requisitos para falha devido à fragilização por hidrogénio:

• Um material susceptível.
• Exposição a um ambiente que contenha hidrogénio.
• A presença de tensão de tracção sobre o componente.

Os aços de elevada resistência à tracção com resistência à tracção superior a cerca de 145 ksi (1000 MPa) são as ligas mais vulneráveis à fragilização pelo hidrogénio.

Como mencionado anteriormente, a exposição ao hidrogênio ocorre durante as etapas do processo de acabamento superficial, como decapagem ácida e galvanoplastia e durante o serviço, se o aço for exposto a ácidos ou se ocorrer corrosão.

Como a tensão para causar a fratura, mesmo a tensão residual de tração dentro de um componente pode ser suficiente para causar falha de um material fragilizado.

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Prevenir a fragilização por hidrogênio

Passos que podem ser tomados para evitar a fragilização por hidrogênio incluem a redução da exposição ao hidrogênio e a cozimento após galvanização ou outros processos que levam à absorção de hidrogênio. A fragilização a hidrogênio de componentes galvânicos pode ser evitada cozendo-os a 375 a 430 °F (190 a 220°C) dentro de poucas horas após o processo de galvanoplastia. Durante a cozedura, o hidrogênio se difunde do metal.

Para aplicações onde haverá absorção de hidrogênio enquanto um componente estiver em serviço, o uso de aços de menor resistência e a redução das tensões residuais e aplicadas são formas de evitar fraturas devido à fragilização pelo hidrogênio.

Avaliação para fragilização pelo hidrogênio

Finalmente, existem testes que podem ser realizados para avaliar se o processamento leva à fragilização pelo hidrogênio do aço. Aqui estão dois desses testes:

• ASTM F1940 Método de Teste Padrão para Verificação do Controle do Processo para Prevenir a Fragilização por Hidrogênio em Fixadores Chapa ou Revestidos
• ASTM F519 Método de Teste Padrão para Avaliação da Fragilização por Hidrogênio Mecânico de Processos de Revestimento e Ambientes de Serviço