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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33555
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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