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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-8791-0706
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio in situ em microconstituintes por meio de nanoindentação instrumentada
Alternate title (s): In situ evaluation of hydrogen embrittlement susceptibility in microconstituents using instrumented nanoindentation
Author: Leal, José Eduardo
First Advisor: Franco, Sinésio Domingues
First coorientator: Arencibia, Rosenda Valdes
First member of the Committee: Bose Filho, Waldek Wladimir
Second member of the Committee: Vilarinho, Louriel Oliveira
Third member of the Committee: Paes, Marcelo Torres Piza
Fourth member of the Committee: Fiocchi, Arthur Alves
Summary: Este trabalho avaliou a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio (SFH) dos aços AISI 4130M, AISI 4137M, AISI 4140 e das ligas de níquel UNS N07718 (Inconel 718®) e CMSX-4 via nanoindentação instrumentada com a permeação in situ de hidrogênio (H). Foram realizados ensaios em diferentes taxas de carregamento. Para a liga UNS N07718, estes ensaios foram realizados em grãos com diferentes direções cristalográficas. Por sua vez, para o aço AISI 4130M e para a liga CMSX-4, foram ainda realizadas indentações do tipo multiciclo contínuo (CMC) e exclusivamente para a liga CMSX-4 foram realizadas indentações com carregamento progressivo em patamares (N-ISL). Foi possível concluir que, a avaliação da SFH via nanoindentação é influenciada pela seleção adequada das taxas de carregamento. O perfil N-ISL se mostrou eficiente para avaliação da SFH uma vez que facilita o acúmulo de H, aumentando seu efeito. Nas condições experimentais testadas, os aços AISI 4130M, AISI 4137M, AISI 4140 e as ligas UNS N07718 e CMSX-4 são susceptíveis à fragilização por hidrogênio uma vez que os seguintes efeitos do H foram observados: i) utilizando a taxa de carregamento de 5 mN/min, para os aços AISI 4137M e AISI 4140, a permeação de H na amostra aumentou a nanodureza em 9,8 % e 15,3 %, respectivamente. ii) para o AISI 4130M, somente as indentações do tipo CMC evidenciaram os efeitos do H na nanodureza e se observou uma redução de seus valores entre 7 % e 10 % em todos os ciclos de carregamento; iii) para a liga UNS N07718, sem a identificação dos grãos, a permeação de H sob potencial constante provocou o aumento de 16,2 % e 15,3 % na nanodureza para as taxas de carregamento de 15 mN/min e 480 mN/min, respectivamente. iv) ainda para UNS N07718 a utilização da permeação galvanostática de H e indentações com taxa de carregamento de 5 mN/min em grãos com diferentes direções cristalográficas, se observou uma redução de 8,7 % e de 3,6 % na nanodureza dos grãos com o menor e o maior fator de Schmid, respectivamente; v) utilizando indentações N-ISL, observou-se que o H reduziu a nanodureza da liga CMSX-4 em até 37 %.
Abstract: This work evaluated the hydrogen embrittlement susceptibility (HES) by means of electrochemical nanoindentation. Three steels (AISI 4130M, AISI 4137M and AISI 4140) and two Ni-alloys (UNS N07718 (Inconel 718®) and CMSX-4) were evaluated. Nanoindentation tests with different loading rates were performed under in situ hydrogen (H) charging. Hydrogen charging was carried out using cathodic polarization of samples immersed in a NaCl 3.5 % aqueous solution. For UNS N07718 tests were performed on grains with two different crystallographic orientations. In turn, for the AISI 4130M steel and CMSX-4 alloy, continuous multicycle (CMC) indentation type was carried out. Exclusively for the CMSX-4 alloy, incremental step loading indentations (N-ISL) were performed. It was possible to conclude that the HES evaluation by electrochemical nanoindentation is influenced by the proper selection of the loading rate. The N-ISL profile was efficient for HES evaluation since it favors the H accumulation under the indenter tip, enhancing its effect. Under the investigated experimental conditions all materials are susceptible to hydrogen embrittlement since the following H effects were observed: i) the H permeation increased the AISI 4137M and AISI 4140 steels nanohardness (HIT) in 9.8 % and 15.3 %, respectively, for a 5 mN/min loading rate. ii) The CMC indentation evidenced the H effect on the AISI 4130M steel HIT. In all loading cycles the HIT was reduced between 7 % and 10 % HIT. iii) For the UNS N07718, without the grain identification, the permeation of H under constant potential increased the HIT values in 16.2 % and 15.3 % for 15 mN/min and 480 mN/min loading rates, respectively. iv) Under galvanostatic H permeation and using a 5 mN/min loading rate the UNS N07718 presented a HIT reduction of 8.7 % and 3.6 % for grains with the lowest and the highest Schmid factor, respectively; v) using N-ISL indentations, it was observed that the H reduced the HIT values in 37 %.
Keywords: Nanoindentação
Fragilização por hidrogênio
Inconel
CMSX-4
Monocristal
nanoindentation
hydrogen embrittlement
Inconel
single crystal
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Subject: Engenharia mecânica
Hidrogênio - Análise
Aço - Testes
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: LEAL, José Eduardo Silveira. Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio in situ em microconstituintes por meio de nanoindentação instrumentada. 2021. 152 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.184.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.184
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33555
Date of defense: 23-Mar-2021
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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