Time for Learning - Fragilização por Hidrogênio em Fixadores
Neste artigo vamos abordar de forma simples a fragilização por hidrogênio em parafusos de estrutura martensítica revenida. A fragilização por hidrogênio ocorre em parafusos de alta resistência mecânica, sendo suscetíveis à falha fixadores com classe de resistência superior à 10.9. A introdução do hidrogênio no parafuso reduz a sua ductilidade e o torna mais suscetível a trincas e ruptura, mesmo quando utilizado o correto dimensionamento de aperto e sob tensões compatíveis com sua classe de resistência.
A absorção do hidrogênio pode ocorrer durante o processo de fabricação, sendo os processos de limpeza por ácidos (decapagem) e tratamentos superficiais como a eletrodeposição os meios mais comuns de introdução de hidrogênio no parafuso.
Também é possível ocorrer a fragilização por hidrogênio por fatores ambientais, neste caso o hidrogênio é inserido no parafuso por fontes externas quando em trabalho, podendo ter origem de reações diversas como o processo de corrosão, por exemplo.
Mecanismo da falha e Microestrutura
Quando um parafuso é exposto a uma fonte de hidrogênio, o hidrogênio atravessa a superfície da peça e se aloja principalmente nos contornos de grãos. Quando há uma alta concentração de hidrogênio, ocorre uma degradação localizada tornando o metal mais frágil. Dependendo da quantidade de hidrogênio e do nível de tensão interna no parafuso, trincas intergranulares podem ocorrer e posteriormente a falha.
Quando o hidrogênio é proveniente do processo de fabricação do fixador, é comum a falha ocorrer algumas horas após a montagem, sendo as 24 horas seguintes as mais críticas e usuais para que a falha ocorra.
O aspecto típico da microestrutura devido a uma falha por hidrogênio possui as seguintes características: Fratura intergranular com trincas secundárias, sendo possível observar o distanciamento entre os contornos dos grãos devido à expansão do gás hidrogênio, poros e gumes de arrancamento, linhas brancas com formas de pés de galinha, como pode ser visualizado nas imagens abaixo.
Locais mais suscetíveis a falhas por hidrogênio
As principais regiões mais comuns onde se ocorre a falha por hidrogênio são as regiões com as maiores zonas de concentração de tensões nos fixadores, sendo elas: o raio transição entre cabeça ? haste, saída de rosca e primeiro filete engajado.
Como evitar a Fragilização por Hidrogênio?
Para que ocorra a falha por hidrogênio, é necessário a união de três fatores: alta dureza, fonte de hidrogênio e tensão. Para evitar que a falha ocorra, um dos fatores deve ser retirado da equação.
Como a utilização do parafuso está ligado a geração de força (tensão), esse é o fator menos provável de ser retirado da equação a fim de evitar a falha por hidrogênio, desta forma, durante o projeto de um parafuso, os dois primeiros fatores (dureza e fonte de hidrogênio) devem ser avaliados com cuidado.
Quando é necessário a utilização de um parafuso com dureza superior à 10.9, algumas recomendações devem ser seguidas a fim de evitar falhas por hidrogênio:
- Evitar fontes de hidrogênio, quando possível, como por exemplo usar tratamentos superficiais isentos de fontes de hidrogênio.
- Reduzir ao máximo o tempo sob a fonte de hidrogênio.
- Realizar o processo de desidrogenização, não ultrapassando 4 horas após a realização do tratamento superficial.
- Matéria-prima e tratamento térmico adequados.
- Controlar raio de transição cabeça/haste.
- Controlar raios na saída da rosca
É importante ressaltar, que quanto maior a dureza utilizada no fixador maior o risco de fragilização por hidrogênio, pois a dureza está diretamente relacionada a tensão interna do material, assim, para parafusos de classe de resistência igual e superior a 12.9 não é recomendado a realização do tratamento superficial zincado, pois mesmo com os controles dimensionais adequados e realizando o processo de desidrogenização não há garantia que a falha por hidrogênio não ocorra.
