Orientadores: Célia Marina de Alvarenga Freire, Itamar Ferreira

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

Resumo: O fenômeno da fragilização por hidrogênio no aço AISI 4340 foi investigado devido ao fato do mesmo ser um aço baixa liga de alta resistência bastante suscetível a este fenômeno. A análise foi feita por meio do ensaio de tenacidade à fratura por flexão baseado na norma ASTM E 399 - 09. A...

Resumo: O fenômeno da fragilização por hidrogênio no aço AISI 4340 foi investigado devido ao fato do mesmo ser um aço baixa liga de alta resistência bastante suscetível a este fenômeno. A análise foi feita por meio do ensaio de tenacidade à fratura por flexão baseado na norma ASTM E 399 - 09. A matéria prima utilizada foi fabricada segundo dois diferentes processos, sendo o primeiro pelo método convencional de fundição e o segundo pelo processo VAR (vacuum arc refining) de maneira a se obter uma liga com menores quantidades de impurezas. Corpos-de-prova foram retirados da posição L-C das ligas, temperados a 845 oC e revenidos a 3 diferentes temperaturas (350 oC, 400 oC e 500 oC). O carregamento de hidrogênio foi feito por meio de uma célula eletroquímica, onde os corpos-de-prova foram imersos numa solução de H2SO4 0,01 M com aplicação de uma densidade de corrente de 10 mA/cm2 e dois diferentes tempos de hidrogenação, de maneira a se obter dois níveis de contaminação. Após os ensaios, foram feitas fractografias dos corpos-de-prova ensaiados para cada condição de revenimento e contaminação por hidrogênio, sendo observadas as alterações nos micromecanismos de fratura para as diferentes condições. Os resultados obtidos no ensaio de tenacidade à fratura por flexão foram correlacionados ao micromecanismo de fratura em função da dureza e contaminação por hidrogênio. O aço AISI 4340 convencional nas condições de revenimento de 400 oC e 350 oC mostrou-se bastante susceptível à fragilização por hidrogênio, apresentando reduções da ordem de 10% e 20%, respectivamente, nos valores de tenacidade à fratura de corpos-de-prova contaminados. O mesmo não foi observado no aço AISI 4340 convencional temperado e revenido a 500 oC, que não sofreu fragilização devido à sua baixa dureza. O aço AISI 4340 VAR em todas as condições de revenimento apresentou-se muito menos susceptível ao fenômeno, não sendo evidenciadas variações expressivas nas tenacidades à fratura dos corpos-de-prova contaminados e nas superfícies de fratura resultantes

Abstract: The phenomenon of hydrogen embrittlement in AISI 4340 steel was investigated due to the fact that it is a high strength low alloy steel quite susceptible to this phenomenon. The analysis was done through the fracture toughness test by bending based on ASTM E 399-09. The material used was...

Abstract: The phenomenon of hydrogen embrittlement in AISI 4340 steel was investigated due to the fact that it is a high strength low alloy steel quite susceptible to this phenomenon. The analysis was done through the fracture toughness test by bending based on ASTM E 399-09. The material used was manufactured according two different processes, the first by conventional casting process and the second by VAR (vacuum arc refining) process in order to obtain an alloy with minor amounts of impurities. Specimens were removed from the position L-C of the alloy, quenched at 845 oC and tempered at 3 different temperatures (350 oC, 400 oC and 500 oC). The hydrogen loading was made by means of an electrochemical cell where the specimens were immersed in a solution of 0.01 M H2SO4 by applying a current density of 10 mA/cm2 and two different hydrogenation times, in order to obtain two levels of contamination. After the tests were performed fractographies of specimens tested for each condition of temper and contamination by hydrogen, with observed changes in the micromechanisms of fracture for the different conditions. The test results of fracture toughness by bending were correlated with the micromechanisms of fracture, the microstructure and hydrogen contamination. The conventional AISI 4340 steel under conditions of tempering of 400 °C and 350 °C proved to be very susceptible to hydrogen embrittlement, with reductions of 10% and 20%, respectively, on the values of fracture toughness of contaminated specimens. The same was not observed in conventional AISI 4340 quenched and tempered at 500 °C, which did not presented embrittlement due to its low hardness. The AISI 4340 VAR steel in all conditions of temper proved to be much less susceptible to the phenomenon, not showing significant variations in fracture toughness of the contaminated specimens and the resulting fracture surfaces