Os engenheiros devem estar atentos às condições que favorecem a fragilização por hidrogênio e seu processo de formação ao escolher materiais para uma aplicação específica. Este artigo aborda as fontes de hidrogênio e as características que levam à fragilização por hidrogênio.
Preocupação
Outra forma de corrosão sob tensão é a fragilização por hidrogênio. Embora a fragilização de materiais possa ocorrer de várias formas, a fragilização por hidrogênio em aços de alta resistência é particularmente devastadora devido à natureza catastrófica das fraturas resultantes. A fragilização por hidrogênio é o processo pelo qual o aço perde sua ductilidade e resistência devido a microfissuras causadas pela pressão interna do hidrogênio (H2) ou do gás metano (CH4), que se formam nos contornos dos grãos. Em ligas de zircônio, a fragilização por hidrogênio é causada pela hidratação do zircônio.
Fontes de Hidrogênio
As fontes de hidrogênio que causam fragilização incluem a fabricação de aço, o processamento de peças, a soldagem, o armazenamento ou contenção de gás hidrogênio, e o hidrogênio como contaminante ambiental, frequentemente produzido como subproduto da corrosão geral. O hidrogênio pode ser gerado por reações de corrosão, como ferrugem, proteção catódica e galvanoplastia.
Fragilização por Hidrogênio do Aço Inoxidável
Conforme ilustrado na imagem abaixo, o hidrogênio se difunde ao longo dos contornos dos grãos e se combina com o carbono (C), que está ligado ao ferro, formando gás metano. O gás metano é imóvel e se acumula em pequenas cavidades ao longo dos contornos dos grãos, onde gera pressões elevadas que iniciam fissuras.
Fragilização por Hidrogênio
Se o metal estiver sob alta tensão, pode ocorrer fratura frágil. Em temperaturas normais, os átomos de hidrogênio são absorvidos na rede metálica e difundidos através dos grãos, tendendo a se acumular em inclusões ou outros defeitos da rede. Se a tensão induzir fissuras nessas condições, o caminho é transgranular. Em altas temperaturas, o hidrogênio absorvido tende a se acumular nos contornos dos grãos e a fissuração induzida por tensão é então intergranular. A fissuração de ligas de aço martensítico e endurecido por precipitação é considerada uma forma de corrosão sob tensão por hidrogênio que resulta da penetração no metal de uma parte do hidrogênio atômico produzido na seguinte reação de corrosão.
A fragilização por hidrogênio não é uma condição permanente. Se não ocorrer fissuração e as condições ambientais forem alteradas para que nenhum hidrogênio seja gerado na superfície do metal, o hidrogênio pode redifundir do aço, restaurando a ductilidade.
Para mitigar a fragilização por hidrogênio, é crucial controlar a quantidade de hidrogênio residual no aço, a absorção de hidrogênio durante o processamento, desenvolver ligas com resistência aprimorada à fragilização por hidrogênio, criar processos de revestimento ou galvanização que minimizem ou eliminem a fragilização, e limitar a introdução de hidrogênio in-situ durante a vida útil de uma peça.
Resumo
As informações essenciais desta seção estão resumidas abaixo.
Resumo da Fragilização por Hidrogênio
As condições necessárias para a fragilização por hidrogênio no aço incluem a presença de hidrogênio e carbono no aço. O hidrogênio pode ser originado de:
- Fabricação de aço.
- Processamento de peças.
- Soldagem.
- Armazenamento ou contenção de gás hidrogênio.
- Hidrogênio como contaminante ambiental (frequentemente produzido como subproduto da corrosão geral).
A fragilização por hidrogênio resulta do hidrogênio que se difunde ao longo dos contornos dos grãos e se combina com o carbono para formar gás metano. O gás metano se acumula em pequenas cavidades ao longo dos contornos dos grãos, gerando pressões elevadas que iniciam fissuras e reduzem a ductilidade do aço. Se o metal estiver sob alta tensão, pode ocorrer fratura frágil.