Publicação: Avaliação do efeito da fragilização por hidrogênio na tenacidade à fratura do aço AISI 4340 calculada pelo método da integral J
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
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A fragilização por hidrogênio (FH) é um processo físico-químico que afeta aços usados na indústria aeronáutica e de óleo e gás, degradando as propriedades mecânicas destes. Esse fenômeno é capaz de gerar notáveis problemas em estruturas, uma vez que afeta capacidade destas para cumprir os requisitos para os quais foram projetadas. Tendo isso em vista, este trabalho tem por objetivo avaliar a influência do hidrogênio na tenacidade à fratura do aço AISI 4340 temperado e revenido (32 HRC) utilizando o método da Integral J. O cálculo da tenacidade é realizado a partir de ensaios conduzidos segundo a norma ASTM E1820.
Para tanto, foi proposto um planejamento fatorial com um único fator (nível de hidrogenação) em três níveis, a saber: condição ao ar, sem exposição à meio propício à hidrogenação, esta utilizada como valor de referência para efeitos de comparação; e duas condições de hidrogenação, sendo uma mais agressiva. A partir dos resultados obtidos e com a ajuda de imagens das regiões fraturadas, foi avaliada a influência exercida pelo hidrogênio na
tenacidade à fratura do material AISI 4340 e na variação do mecanismo de fratura
apresentado. A partir dos resultados verificou-se, portanto, que a condição mais brandamente
hidrogenada apresentou pouca variação no valor de tenacidade à fratura e manteve o
mecanismo de fratura como sendo dúctil. Já para os corpos de prova hidrogenados em
condição mais agressiva, o método da Integral J não se mostrou eficaz para medição da
tenacidade, uma vez que o efeito de fragilização, denotado pela alteração do mecanismo de
fratura de dúctil para frágil, foi agressivo a ponto de impedir a validação dos resultados para
esta condição. O teste de Kruskal-Wallis mostrou que o Hidrogênio promoveu alteração
estatisticamente significativa na tenacidade à fratura do aço AISI 4340, denotada pela
deterioração desta propriedade à medida em que sua concentração aumenta.
Abstract
Hydrogen embrittlement is a physical-chemical process that affects steels used in the
aeronautic and oil and gas industries, degrading its mechanical properties. This phenomenon
can generate notable problems in structures since it affects their ability to meet the
requirements for which they were designed to. This work aims to evaluate the influence of
hydrogen on the fracture toughness of quenched and tempered AISI 4340 steel (32 HRC)
using the J Integral method. The calculation of toughness is performed from tests conducted
according to ASTM E1820. For this purpose, a factorial design was proposed with a single
factor (hydrogenation level) int three levels, namely: air condition, without exposure to an
environment propitious to hydrogenation, this one used as a reference value for comparison
purposes; and two hydrogenation conditions, one of those being more aggressive. From the
obtained results and with the help of fractured region images, the influence of microstructurally
diffused hydrogen on the fracture toughness of AISI 4340 material and on the variation of the
fracture mechanism presented was evaluated. It was verified, therefore, that the most softly
hydrogenated condition presented little variation in the fracture toughness value and
maintained the fracture mechanism as ductile. For the hydrogenates specimens in a more
aggressive condition, the J Integral method was not effective for toughness measuring, since
the embrittlement effect, denoted by the change of the fracture mechanism from ductile to
brittle, was aggressive to the point of invalidating the results for this condition. The Kruskal-
Wallis test showed that microstructural Hydrogen promoted a statistically significant change in
the fracture toughness of AISI 4340 steel, denoted by the deterioration of the property as its
concentration increases.
Palavras-chave
Fragilização por hidrogênio, Hydrogen embrittlement, AISI 4340, AISI 4340, Integral j, J integral, Tenacidade à fratura, Fracture toughness
Citação
BASÍLIO,João Victor Sousa. Avaliação do efeito da fragilização por hidrogênio na tenacidade à fratura do aço AISI 4340 calculada pelo método da integral J. 2022. 79 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) -- Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022.
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