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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-3756-9594
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação da fragilização por hidrogênio em aços ARBL utilizando ensaios trativos em corpos de prova entalhados
Alternate title (s): Hydrogen embrittlement assessment using tensile tests in HSLA notched specimens
Author: Alvarenga, Rodrigo Freitas da Silva
First Advisor: Franco, Sinésio Domingues
First coorientator: Bose Filho, Waldek Wladimir
First member of the Committee: Arencibia, Rosenda Valdes
Second member of the Committee: Paes, Marcelo Torres Piza
Summary: A avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio em aços de alta resistência para aplicação em componentes submarinos submetidos a proteção catódica para controle de corrosão é de fundamental importância. Tal estudo pode auxiliar na tomada de decisões e qualificação de materiais para evitar falhas que acarretam danos ambientais, econômicos e à vida humana. Assim sendo, esse trabalho avalia um aço AISI 4340 com durezas de 32, 36 e 40 HRC utilizando três tipos de metodologias: ensaio de tração em baixas taxas de deformação em corpos de prova lisos (BTD) e entalhados (nBTD) e ensaios de carga constante (CLT). Foram realizados ensaios em dois níveis de proteção catódica (-1100 mV e -950 mV, em relação ao eletrodo de referência Ag|AgCl) em solução salina com 3,5 % em peso de NaCl. Foram utilizados três diferentes raios de entalhe. Os resultados obtidos nos ensaios dos corpos de prova entalhados foram comparados com o perfil de tensão hidrostática obtido via simulação de elementos finitos. A superfície de fratura pós-ensaio também foi avaliada via microscopia eletrônica de varredura. Os resultados dos ensaios indicaram um maior índice de fragilização (HI) quanto maior a dureza do material, nível de proteção catódica aplicada e menor raio do entalhe, assim como uma relação entre o HI e o grau de fratura intergranular nas amostras. Os resultados dos ensaios nBTD foram comparados com a tensão limite (σth) do ensaio CLT e foi observado que uma relação σth = 90% x σnBTD_min pode ser usada para obtenção mais rápida desse parâmetro. Adicionalmente, um estudo acerca da tenacidade à fratura dos materiais em meio hidrogenado (KIc-H) foi realizado por meio da análise da superfície de fratura dos corpos de prova nBTD e CLT, obteve-se valores de 90,2 ± 5,2, 88,1 ± 7,1 e 79,8 ± 6,4 MPa.m0,5 para as durezas de 32, 36 e 40 HRC, respectivamente. Para a condição de 40 HRC, ensaios em corpos de prova pré-trincados do tipo C(T) apresentaram os mesmos resultados ao usar velocidades mais altas.
Abstract: The evaluation of hydrogen embrittlement susceptibility in high strength steels for application in subsea components subjected to cathodic protection for corrosion control is of fundamental importance. This assessment can help decisions and materials qualification to avoid failures that cause environmental, economic and human life damages. Therefore, this study evaluates an AISI 4340 steel with hardness of 32, 36 and 40 HRC using three types of methodologies: slow strain rate tests in smooth (SSRT) and notched (nSSRT) specimens and constant load tests (CLT). The tests were carried out at two levels of cathodic protection (-950 mV and -1100 mV using Ag|AgCl reference electrode) in saline solution with 3.5 % wt of NaCl. Three different notch radiuses were used. The results obtained in the notched specimens tests were compared with the hydrostatic stress profiles obtained using finite element simulation. The post-test fracture surfaces were also evaluated via scanning electron microscopy. The test results indicated a higher hydrogen index embrittlement (HI) the higher the material hardness, level of cathodic protection applied and smaller notch radius, as well as a relationship between HI and the degree of intergranular fracture in the specimens. The results obtained by the nBTD tests were compared with the stress threshold (σth) obtained in the CLT test and a relation of σth = 90% x σnBTD_min can be used for a faster assess of this parameter. Additionally, fracture toughness test evaluation in hydrogen environment (KIc-H) was done by analyzing the fracture surface of the nBTD and CLT specimens: 90,2 ± 5,2, 88,1 ± 7,1 e 79,8 ± 6,4 MPa.m0,5 was obtained for the hardeness of 32, 36 e 40 HRC, respectively, these values were compared with pre-cracked CT specimens for 40 HRC and -1100 mV condition, the results were the same using the highest displacement rate.
Keywords: fragilização por hidrogênio
hydrogen embrittlement
corpos de prova entalhados
notched specimens
ensaio de tração em baixas taxas de deformação
slow strain rate test
aços de alta resistência e baixa liga
high strength low alloy steels
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Subject: Engenharia mecânica
Aço - Corrosão
Hidrogênio - Análise
Metais - Teor de hidrogênio
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ALVARENGA, Rodrigo Freitas da Silva. Avaliação da fragilização por hidrogênio em aços ARBL utilizando ensaios trativos em corpos de prova entalhados. 2022. 180 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.631.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.631
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37309
Date of defense: 15-Dec-2022
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