Orientador: Itamar Ferreira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Este trabalho tem por objetivo investigar a etapa de decapagem ácida e os processos de desidrogenação e retrabalho realizados durante a zincagem de parafusos quanto à fragilização por hidrogênio. Parafusos fabricados conforme a norma JIS B 1127 (1995), cementados, de 6 mm de diâmetro e 16 mm...

Resumo: Este trabalho tem por objetivo investigar a etapa de decapagem ácida e os processos de desidrogenação e retrabalho realizados durante a zincagem de parafusos quanto à fragilização por hidrogênio. Parafusos fabricados conforme a norma JIS B 1127 (1995), cementados, de 6 mm de diâmetro e 16 mm de comprimento de rosca foram organizados em 39 diferentes grupos. A decapagem foi avaliada quanto ao volume de ácido clorídrico (700 ml, 900 ml e 1000 ml) e presença, ou ausência, de inibidor para este ácido, utilizando tempos de decapagem de 15, 30, 45 e 60 minutos para cada condição de volume de ácido e inibidor utilizados. A desidrogenação foi avaliada utilizando parafusos decapados (solução: 1000 ml de ácido, ausência de inibidor e decapados por 15, 30, 45 e 60 minutos) e desidrogenados a uma temperatura de 1000C e tempo total de processo de 1, 2 e 3,5 horas. O retrabalho foi avaliado utilizando parafusos de 8 ?m de espessura de camada zincada, retrabalhados por 4 minutos em 700 ml de ácido, ausência de inibidor e 300 ml de água, avaliando as hipóteses do retrabalho único e duplo sem desidrogenação e do retrabalho único seguido de desidrogenação (1000C - 2 horas). Ensaios de pré-carregamento para a detecção da fragilização por hidrogênio foram realizados em parafusos que sofreram as preparações citadas, sendo o torque de ruptura avaliado nestes parafusos, assim como naqueles obtidos após o tratamento térmico. Análises química e metalográfica e ensaios de microdureza Vickers e tração, além de análise fratográfica por microscopia eletrônica de varredura (MEV) também foram realizados. A análise metalográfica revelou uma matriz ferrítica composta por grãos equiaxiais com carbonetos esferoidizados para o fio máquina, enquanto que o parafuso possui estrutura ferrítico-perlítica no núcleo e martensita revenida na camada cementada. Os ensaios de microdureza e de tração revelaram que o fio máquina e o parafuso possuem níveis de resistência mecânica dentro do esperado conforme as condições utilizadas, enquanto que não houve diferenças significativas entre os valores de torque de ruptura obtidos em ambas as situações analisadas. A etapa de decapagem ácida revelou que, nos grupos que não utilizaram inibidor, o número de falhas aumenta num primeiro momento com o aumento do tempo de decapagem, reduzindo após um determinado tempo de decapagem relacionado ao volume de ácido utilizado. O número de falhas sofre grande redução com a utilização do inibidor, porém mesmo a baixas concentrações de ferro, a utilização de maiores volumes de ácido associado a maiores tempos de decapagem aumentam o risco de fragilização. Apenas houve falha para a desidrogenação realizada a 1000C, por 1 hora, revelando a importância de adequados controles de temperatura, procedimentos de homogeneização e parâmetros de temperatura e tempo. Não houve falhas para o retrabalho revelando a importância de adequados procedimentos de retrabalho (tempo e solução) e de desidrogenação, enquanto que a análise da superfície de fratura revelou apenas os micromecanismos de fratura intergranular e dimples, sendo este último mais freqüentemente associado a regiões mais próximas ao núcleo, além da presença de trincas secundárias

Abstract: The main aim of this work is to investigate the effects on hydrogen embrittlement of bolts due to acid pickling, baking, and strip processes performed during zinc plating. Carburized bolts type "hexagon flange head tapping screws", with 6 mm of diameter and 16 mm of thread length were...

Abstract: The main aim of this work is to investigate the effects on hydrogen embrittlement of bolts due to acid pickling, baking, and strip processes performed during zinc plating. Carburized bolts type "hexagon flange head tapping screws", with 6 mm of diameter and 16 mm of thread length were organized into 39 different groups. Acid pickling was evaluated using volumes of hydrochloric acid of 700 ml, 900 ml, and 1000 ml, presence, or absence, of acid inhibitor, and pickling periods of 15, 30, 45, and 60 minutes for each condition of acid volume and inhibitor used. Baking was evaluated using 1000C, and periods of 1, 2, and 3.5 hours for bolts that were subjected to acid pickling with a solution of 1000 ml of acid, absence of inhibitor, and pickling periods of 15, 30, 45, and 60 minutes. Strip was evaluated using bolts with zinc layer thickness of 8 ?m, stripped for 4 minutes in a solution of 700 ml of acid, absence of inhibitor, and 300 ml of water, performing the hypotheses of single and double strip without baking, and single strip followed by baking (1000C - 2 hours). Preloading tests for the detection of hydrogen embrittlement were conducted in bolts that were subjected to the preparations mentioned, while torsional tests were also conducted at these bolts, as well as in those obtained after heat treatment. Chemical and metallographic analysis, Vickers microhardness and tensile tests, and fractographic analysis using scanning electron microscopy (SEM) were also conducted. Metallographic analysis revealed a ferritic matrix composed of equiaxed grains with spheroidized carbides for the wire, while the bolts showed a ferritic-pearlitic microstructure at the center and tempered martensite at the hardened layer. Microhardness and tensile tests revealed that wire and bolts have strength levels as expected according to the conditions used, while no significant differences between the breaking torque values were obtained in both situations analyzed. Acid pickling revealed that in the groups, which did not use inhibitor, the number of failures increases at a first stage with increasing pickling periods, however it starts to decrease after a certain pickling period related to the volume of acid used. The number of failures is greatly reduced with the use of the inhibitor, but even at low concentrations of iron, the use of larger amounts of acid associated with longer pickling periods increases the risk of hydrogen embrittlement. Failures were observed only at 1000C - 1 hour as baking parameters, showing the importance of proper temperature controls, homogenization procedures, and temperature and time parameters. There were no failures related to strip, revealing the importance of adequate procedures for strip (period and solution used) and baking procedures as observed. The fracture surface analysis revealed only intergranular and dimples micromechanisms of fracture, where the latter being more often associated with regions closer to the core of the bolts, also showing the presence of secondary cracks