UNICAMP – EM738 - 2008 Além da fratura causada pela ação da corrosão sob tensão, outras causas para a ocorrência da fratura estão associadas ao meio

UNICAMP – EM738 - 2008

Além da fratura causada pela ação da corrosão sob tensão, outras causas para a ocorrência da fratura estão associadas ao meio em que os componentes mecânicos estão expostos

Dentre essas causas destacam-se: a fragilização por hidrogênio, a fragilização por metal líquido e a irradiação de nêutrons

Essas causas estão sempre associadas a alterações localizadas da microestrutura que acabam por criar regiões com propriedades muito diferentes do restante do material, na maioria das vezes ocasionando a queda de tenacidade seja pelo aumento da resistência mecânica seja pela perda de continuidade

Fratura Assistida pelo Meio


A fragilização por hidrôgenio pode afetar diversos materiais metálicos, mas ocorre principalmente para aços de elevada resistência mecânica (HRC maior que 30), ligas de titânio e ligas de alumínio

Processos como a proteção catódica, a fosfatização, a decapagem, a eletrodeposição e a soldagem a arco elétrico podem causar a elevação da concentração de hidrogênio

Com a exposição a uma atmosfera rica em hidrogênio, ocorre a difusão dos átomos de hidrogênio na estrutura do metal

Essa difusão é maior a temperaturas elevadas, mas também pode ocorrer a baixas temperaturas se houver uma grande concentração de hidrogênio

As fotos a seguir apresentam alguns exemplos de falhas causadas pela fragilização por hidrogênio



Exemplos de falhas causas pela fragilização por hidrogênio

Trinca iniciada em inclusão não metálica

Trincas em aço-carbono galvanizado

Falha em elo de corrente de aço, submetido a

decapagem

Falha em um parafuso de aço temperado e revenido


Com a difusão, os átomos de hidrogênio se posicionam nas regiões de maior energia interna, com maior densidade de discordâncias, diminuindo a movimentação destas e consequentemente, diminuindo a tenacidade do material

Nos aços, os átomos de hidrogênio podem reagir com o carbono gerando bolsões de metano nos contornos de grão. Como o metano não se difunde para o exterior, trincas são nucleadas nesses bolsões sob altas pressões e ocorre a descarbonetação do aço

Em ligas de cobre, o hidrogênio reage com partículas de óxido de cobre, formando gotas d´água nos contornos de grão, o que pode levar à descontinuidade do material

As normas ASTM F1459-06 e F1624-06 descrevem ensaios específicos para a avaliação da fragilização por hidrogênio



Com a elevação da temperatura de uso ou de fabricação dos componentes, pode ocorrer a formação de metal líquido que fragilizará o material nas regiões próximas aos contornos de grão

A fratura poderá ser transgranular ou intergranular em função do modo como o metal líquido escoar na liga metálica

A sensibilidade à fragilização por metal líquido é diretamente proporcional ao tamanho de grão da liga metálica

Processos como a brasagem, a soldagem, tratamentos térmicos, conformação a quente e o uso a temperaturas elevadas podem causar esse fenômeno metalúrgico

As fotos a seguir mostram exemplos de falhas causadas pela fragilização devida à presença de metal líquido



Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido

Cobre em contorno de grão de um aço-carbono aquecido a

1100 ºC

Trinca num pino de Ni-Co causada pela formação de

alumínio líquido


O mercúrio é um exemplo de metal líquido que pode causar esse tipo de fragilização em componentes aeronáuticos feitos com a liga de alumínio 5050, mesmo a temperaturas relativamente baixas

Outro exemplo fragilização à temperatura ambiente é a que ocorre com ligas de alumínio expostas a um meio com gálio como observa-se na próxima figura

Os aços inoxidáveis são susceptíveis à fragilização por zinco líquido durante o processo de galvanização, como mostram as fotos de um componente aeronáutico feito em aço ligado ao Cr e Ni




Liga de alumínio exposta a gálio líquido:

a) estado inicial

b) após 4 horas à temperatura ambiente

c) após mais 2 horas a 300 ºC



Trincas devidas à presença de Cu, Zn e Pb no estado líquido em

componentes aeronáuticos feitos com aço ligado ao Cr e Ni


A irradiação de nêutrons pode ocorrer propositalmente quando se deseja o endurecimento da microestrutura, ou de forma indesejada pelo uso de componentes metálicos em plantas de energia nuclear ou equipamentos hospitalares

O bombardeamento de nêutrons na estrutura cristalina de uma liga metálica causa a geração de discordâncias como mostrado nas fotos a seguir

Num primeiro momento, isto pode causar um encruamento benéfico, mas que em função da temperatura característica para transição dútil/frágil pode causar a queda da tenacidade e a falha prematura do componente, como por fluência, por exemplo



Exemplo de alterações da microestrutura e de propriedade mecânica causada pela irradiação de nêutrons


Exemplo de alteração microestrutural causada pela irradiação de nêutrons

Liga Fe-9Cr com níveis crescentes de irradiação de neutrons


Para evitar-se ou reduzir-se os efeitos da irradiação, pode-se recozer a liga em intervalos de tempo definidos, ou mesmo durante seu uso

Outra alternativa é projetar materiais mais resistentes aos efeitos da irradiação, como por exemplo adicionando elementos de liga, como mostrado nas fotos a seguir



Exemplo de alteração microestrutural causada pela irradiação de nêutrons

Ligas FeCr com porcentagens crescentes de Cr (2,5 5 e 12%)

submetidas a irradiação de nêutrons com dosagem constante

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