CORROSÃO METÁLICA-FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO
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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.