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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48757| ORCID: | http://orcid.org/0009-0002-7422-435X |
| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Embargado |
| Embargo Date: | 2028-06-08 |
| Title: | Avaliação da suscetibilidade à fragilização por hidrogênio em aços avançados de alta resistência aplicados na indústria automotiva |
| Alternate title (s): | Evaluation of hydrogen embrittlement susceptibility in advanced high-strength steels used in the automotive industry |
| Author: | Arruda, Marcus Vinícius Pereira |
| First Advisor: | Franco, Sinésio Domingues |
| First member of the Committee: | Moura, Regina Paula Garcia |
| Second member of the Committee: | Bose "Filho", Waldek Wladimir |
| Third member of the Committee: | Melo, Túlio Magno Füzessy de |
| Fourth member of the Committee: | Paes, Marcelo Torres Piza |
| Summary: | A fragilização por hidrogênio tornou-se um grande desafio na aplicação de aços avançados de alta resistência (AHSS) na indústria automotiva. A absorção de hidrogênio pode ocorrer ao longo de todo o ciclo de vida do material, particularmente durante os processos de decapagem, recozimento, galvanização, soldagem e fosfatização. O problema se torna mais crítico sob condições de cisalhamento mecânico, uma vez que a alta densidade de discordâncias e os microvazios gerados nas bordas cisalhadas favorecem o acúmulo localizado de hidrogênio e a fratura abrupta. Portanto, a avaliação dos efeitos do hidrogênio em condições de bordas cisalhadas é essencial para determinar a suscetibilidade dos AHSS à fragilização por hidrogênio. Neste estudo, o comportamento de fragilização por hidrogênio dos aços DP1200 e TRIP1000 foi investigado considerando diferentes condições de corte de borda, obtidas pela variação da folga de puncionamento. Para isso, uma nova metodologia foi definida e implementada como forma de viabilizar o carregamento ex-situ de hidrogênio em diferentes níveis, seguido de ensaios mecânicos com carga constante (CLT) e baixa taxa de deformação (BTD). O aumento da folga de corte, associado com a maior deformação local e a presença de microvazios, contribuíram para uma maior suscetibilidade à fragilização por hidrogênio dos aços avaliados. Com o corte em boas condições, adotando folga de 12 %, foram obtidos teores de hidrogênio crítico de 0,27 ppm e 0,61 ppm, para os aços DP1200 e TRIP1000, respectivamente. Contudo, quando adotada uma folga de 25 %, condição de menor capacidade em estiramento de borda, o limite crítico de hidrogênio teve considerável queda, atingindo teores abaixo de 0,27 ppm para o DP1200 e de 0,24 ppm para o TRIP1000. Tal fato destaca a importância do controle de qualidade do corte na aplicação desses aços, principalmente quando fornecidos como eletrogalvanizados. Nesse sentido, em especial para o DP1200, mais suscetível a esse modo de falha, deve-se buscar alternativas, tal como um tratamento térmico de dessorção, como forma de diminuir o teor de hidrogênio no aço como fornecido e, assim, prevenir falhas por hidrogênio em bordas durante a sua aplicação. Avaliou‑se, ainda, o efeito do hidrogênio sobre o comportamento em fadiga e na soldabilidade dos aços. Os ensaios de fadiga sob controle de tensão, evidenciaram a fragilização por hidrogênio, em ambos os aços, entretanto, as reduções da vida em fadiga foram mais consistentes para o DP1200 do que para o TRIP1000. A antecipação da nucleação de trincas se deu em função da maior interação do hidrogênio com inclusões, que atuaram como sítios preferenciais de iniciação. Nas juntas RSW, o hidrogênio intensificou modos de fratura mais frágeis sem alterar de forma relevante a resistência da junta. Em conjunto, esses achados contribuem para o entendimento dos mecanismos de fragilização por hidrogênio em aços AHSS destinados às aplicações automotivas. |
| Abstract: | Hydrogen embrittlement has become a major challenge in the application of advanced high-strength steels (AHSS) in the automotive industry. Hydrogen uptake may occur throughout the material lifecycle, particularly during pickling, annealing, galvanizing, welding, and phosphating processes. The issue becomes more critical under mechanical shearing conditions, since the high dislocation density and microvoids generated at sheared edges promote localized hydrogen accumulation and abrupt fracture. Therefore, evaluating hydrogen effects under sheared-edge conditions is essential to assess the susceptibility of AHSS to hydrogen embrittlement. In this study, the hydrogen embrittlement behavior of DP1200 and TRIP1000 steels was investigated considering different edge-cutting conditions obtained by varying the punching clearance. A new methodology was proposed to enable ex-situ hydrogen charging at controlled levels, followed by constant load (CLT) and slow strain rate (SSRT) mechanical testing. Increased cutting clearance, associated with greater local deformation and the presence of microvoids, resulted in higher susceptibility to hydrogen embrittlement in both steels. Under favorable cutting conditions (12% clearance), the critical hydrogen contents were 0.27 ppm for DP1200 and 0.61 ppm for TRIP1000. However, when the clearance was increased to 25%, corresponding to reduced edge‑stretching capability, the critical hydrogen thresholds dropped significantly, reaching levels below 0.27 ppm for DP1200 and 0.24 ppm for TRIP1000. These findings highlight the importance of strict edge‑quality control, particularly for electro‑galvanized products. In this context, especially for DP1200, which showed greater sensitivity to this failure mode, post‑processing strategies, such as thermal desorption treatments, may be required to reduce hydrogen content and mitigate edge‑cracking risk during the service. The hydrogen effect on fatigue and weldability was also assessed. Stress‑controlled fatigue tests revealed hydrogen‑assisted embrittlement in both steels, although fatigue‑life reductions were more consistent for DP1200. Early crack nucleation was linked to the enhanced interaction between hydrogen and inclusions, which functioned as preferential initiation sites. In resistance spot welds (RSW), hydrogen promoted more brittle fracture modes without significantly affecting joint strength. Overall, these findings contribute to advancing the understanding of hydrogen embrittlement mechanisms in AHSS designed for automotive applications. |
| Keywords: | Aços avançados de alta resistência Fragilização por hidrogênio Borda de corte Advanced high‑strength steels hydrogen embrittlement sheared edge |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA |
| Subject: | Engenharia mecânica Hidrogênio - Análise Indústria automobilística Aço de alta resistência |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
| Quote: | ARRUDA, Marcus Vinícius Pereira. Avaliação da suscetibilidade à fragilização por hidrogênio em aços avançados de alta resistência aplicados na indústria automotiva. 2026. 170 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.5513 |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.5513 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48757 |
| Date of defense: | 6-Mar-2026 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
| Appears in Collections: | TESE - Engenharia Mecânica |
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