Fratura Assistida pelo Meio

Apresentação em tema: "Fratura Assistida pelo Meio"— Transcrição da apresentação:

1 Fratura Assistida pelo Meio
Além da fratura causada pela ação da corrosão sob tensão, outras causas para a ocorrência da fratura estão associadas ao meio em que os componentes mecânicos estão expostos Dentre essas causas destacam-se: a fragilização por hidrogênio, a fragilização por metal líquido e a irradiação de nêutrons Essas causas estão sempre associadas a alterações localizadas da microestrutura que acabam por criar regiões com propriedades muito diferentes do restante do material, na maioria das vezes ocasionando a queda de tenacidade seja pelo aumento da resistência mecânica seja pela perda de continuidade

2 Fratura Assistida pelo Meio
A fragilização por hidrôgenio pode afetar diversos materiais metálicos, mas ocorre principalmente para aços de elevada resistência mecânica (HRC maior que 30), ligas de titânio e ligas de alumínio Processos como a proteção catódica, a fosfatização, a decapagem, a eletrodeposição e a soldagem a arco elétrico podem causar a elevação da concentração de hidrogênio Com a exposição a uma atmosfera rica em hidrogênio, ocorre a difusão dos átomos de hidrogênio na estrutura do metal Essa difusão é maior a temperaturas elevadas, mas também pode ocorrer a baixas temperaturas se houver uma grande concentração de hidrogênio As fotos a seguir apresentam alguns exemplos de falhas causadas pela fragilização por hidrogênio

3 Exemplos de falhas causas pela fragilização por hidrogênio
Falha em elo de corrente de aço, submetido a decapagem Trincas em aço-carbono galvanizado Trinca iniciada em inclusão não metálica Falha em um parafuso de aço temperado e revenido Exemplos de falhas causas pela fragilização por hidrogênio

4 Fratura Assistida pelo Meio
Com a difusão, os átomos de hidrogênio se posicionam nas regiões de maior energia interna, com maior densidade de discordâncias, diminuindo a movimentação destas e consequentemente, diminuindo a tenacidade do material Nos aços, os átomos de hidrogênio podem reagir com o carbono gerando bolsões de metano nos contornos de grão. Como o metano não se difunde para o exterior, trincas são nucleadas nesses bolsões sob altas pressões e ocorre a descarbonetação do aço Em ligas de cobre, o hidrogênio reage com partículas de óxido de cobre, formando gotas d´água nos contornos de grão, o que pode levar à descontinuidade do material As normas ASTM F e F descrevem ensaios específicos para a avaliação da fragilização por hidrogênio

5 Fratura Assistida pelo Meio
Com a elevação da temperatura de uso ou de fabricação dos componentes, pode ocorrer a formação de metal líquido que fragilizará o material nas regiões próximas aos contornos de grão A fratura poderá ser transgranular ou intergranular em função do modo como o metal líquido escoar na liga metálica A sensibilidade à fragilização por metal líquido é diretamente proporcional ao tamanho de grão da liga metálica Processos como a brasagem, a soldagem, tratamentos térmicos, conformação a quente e o uso a temperaturas elevadas podem causar esse fenômeno metalúrgico As fotos a seguir mostram exemplos de falhas causadas pela fragilização devida à presença de metal líquido

6 Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido
Trinca num pino de Ni-Co causada pela formação de alumínio líquido Cobre em contorno de grão de um aço-carbono aquecido a 1100 ºC Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido

7 Fratura Assistida pelo Meio
O mercúrio é um exemplo de metal líquido que pode causar esse tipo de fragilização em componentes aeronáuticos feitos com a liga de alumínio 5050, mesmo a temperaturas relativamente baixas Outro exemplo fragilização à temperatura ambiente é a que ocorre com ligas de alumínio expostas a um meio com gálio como observa-se na próxima figura Os aços inoxidáveis são susceptíveis à fragilização por zinco líquido durante o processo de galvanização, como mostram as fotos de um componente aeronáutico feito em aço ligado ao Cr e Ni

8 Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido
Liga de alumínio exposta a gálio líquido: estado inicial após 4 horas à temperatura ambiente após mais 2 horas a 300 ºC Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido

9 Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido
Trincas devidas à presença de Cu, Zn e Pb no estado líquido em componentes aeronáuticos feitos com aço ligado ao Cr e Ni Exemplos de falhas causas pela fragilização por metal líquido

10 Fratura Assistida pelo Meio
A irradiação de nêutrons pode ocorrer propositalmente quando se deseja o endurecimento da microestrutura, ou de forma indesejada pelo uso de componentes metálicos em plantas de energia nuclear ou equipamentos hospitalares O bombardeamento de nêutrons na estrutura cristalina de uma liga metálica causa a geração de discordâncias como mostrado nas fotos a seguir Num primeiro momento, isto pode causar um encruamento benéfico, mas que em função da temperatura característica para transição dútil/frágil pode causar a queda da tenacidade e a falha prematura do componente, como por fluência, por exemplo

11 Exemplo de alterações da microestrutura e de propriedade mecânica causada pela irradiação de nêutrons

12 Liga Fe-9Cr com níveis crescentes de irradiação de neutrons
Exemplo de alteração microestrutural causada pela irradiação de nêutrons

13 Fratura Assistida pelo Meio
Para evitar-se ou reduzir-se os efeitos da irradiação, pode-se recozer a liga em intervalos de tempo definidos, ou mesmo durante seu uso Outra alternativa é projetar materiais mais resistentes aos efeitos da irradiação, como por exemplo adicionando elementos de liga, como mostrado nas fotos a seguir

14 Ligas FeCr com porcentagens crescentes de Cr (2,5 5 e 12%) submetidas a irradiação de nêutrons com dosagem constante Exemplo de alteração microestrutural causada pela irradiação de nêutrons