Estudos eletroquímicos de permeação de hidrogênio e determinação de concentrações críticas de hidrogênio em um aço de alta dureza

Abstract

Estudou-se, através do método eletroquímico de permeação, a difusão de hidrogênio no ferro puro e no aço DIN 90MnV8. Observou-se nestes materiais, que o coeficiente aparente de difusão de hidrogênio diminui no decorrer dos transientes de permeação, tendo-se interpretado este comportamento como causado pela presença de armadilhas reversíveis. Deduziu-se, para transientes de permeação obtidos entre dois estados estacionários de difusão, que a variação da concentração de hidrogênio preso a armadilhas reversiveis é dada por: Delta Ca = Na. In [(1+alfa)1/2 dividido por (1+beta)1/2], alfa = K.Co/p beta=K.Cl/p sendo Na a densidade de armadilhas; k e p, os parâmetros de captura e de liberação de uma armadilha e Co e Cl, a concentrasão inicial e final de H. Mediu-se, no ferro recozido, um coeficiente médio de difusão de hidrogênio de 6,4.10-5 cm²/s. A deformação com 50% de trabalho a frio no ferro reduz este valor em aproximadamente uma ordem de grandeza. Verificou-se no aço DIN 90MnV8 que o coeficiente de difusão de hidrogênio aumenta com o aumento dn temperatura de revenimento após a têmpera, atingindo o valor máximo de 7,0.10-6 cm²/s no aço esferoidizado. A dependência térmica do coeficiente de difusão no aço DIN 90MnV8 esferoidizado pode ser expressa por: D = 1,95 (+0,49) exp (-30,43kJ/mol.R.T.) (cm²/s) e neste mesmo aço temperado e revenido com 55RC de dureza por : D=0,29 (+- 0,05 ) exp (-28,47kJ/mol.R.T.) ( cm²/s). Uma nova metodolagia fractomecânica foi introduzida, a qual permite a determinação da cnncentração crítica de hidrogênio necessária para provocar o avanço de uma trinca estacionária. Observou-se no aço DIN 9OMnV8, que a concentração crítica de hidrogênio diminui com o aumento da dureza do aço e é menor quando um valor maior de KI é aplicado. O modo de fratura apresentado Por este aço revelou ser independente da concentração de hidrogênio e do valor de KI, sendo função unicamente de sua dureza.

The hydrogen diffusion in pure iron and DIN 90MnV8 steel was studied by means of the electrochemical perrneation method. It was observed that the apparent hydrogen diffusion coefficient decreased during the pemeation transients, such behavior beeing interpreted as due to reversible traps. It was shown that for permeation transients obtained between two steady states, the concentration variation of hydrogen bound to reversible traps is given by: Delta Ca = Na. In [(1+alfa)1/2 dividido por (1+beta)1/2], alfa = K.Co/p beta=K.Cl/p beeing Na, the trap density; k and p, the capture and release parameters of a trap; and Co and Cl, the initial and final hydrogen concentrations. A medium hydrogen diffusion coefficient of 6,4.10-5 cm²/s was measured for recristalized iron. The deformation due to 50% cold work reduces this value in one order of magnitude. For DIN 90MnV8 steel, the hydrogen diffusion coefficient increases as the tempering temperature increases, attaining a maximal value of 7,0.10 -6 cm2/sec on the spherodized state. The temperature dependance of the hydrogen diffusion coefficient, on the spherodized 90MnV8 steel was: D=1,95 (-0,49) exp (-30,43kJ/mol.R.T) (cm²/sec) and on this steel tempered to a 55RC hardness: D=0,29 (+-0,05) exp (-28,47kJ/mol.R.T) (cm²/sec) A new fractomechanical methodology is intsaduced, wich allows the determination of the critical hydrogen concentration necessasy to propagate a stationary crack. For DIN 90MnV8 steel, this critical hydrogen concentration decreases as the steel hardness increases, beeing lower as a greater value of KI is aplied. The fracture mode of this steel was found to be independent on the applied value of KI, beeing a function only of its hardness.