Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio in situ em microconstituintes por meio de nanoindentação instrumentada
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33555 http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.184 |
Resumo: | This work evaluated the hydrogen embrittlement susceptibility (HES) by means of electrochemical nanoindentation. Three steels (AISI 4130M, AISI 4137M and AISI 4140) and two Ni-alloys (UNS N07718 (Inconel 718®) and CMSX-4) were evaluated. Nanoindentation tests with different loading rates were performed under in situ hydrogen (H) charging. Hydrogen charging was carried out using cathodic polarization of samples immersed in a NaCl 3.5 % aqueous solution. For UNS N07718 tests were performed on grains with two different crystallographic orientations. In turn, for the AISI 4130M steel and CMSX-4 alloy, continuous multicycle (CMC) indentation type was carried out. Exclusively for the CMSX-4 alloy, incremental step loading indentations (N-ISL) were performed. It was possible to conclude that the HES evaluation by electrochemical nanoindentation is influenced by the proper selection of the loading rate. The N-ISL profile was efficient for HES evaluation since it favors the H accumulation under the indenter tip, enhancing its effect. Under the investigated experimental conditions all materials are susceptible to hydrogen embrittlement since the following H effects were observed: i) the H permeation increased the AISI 4137M and AISI 4140 steels nanohardness (HIT) in 9.8 % and 15.3 %, respectively, for a 5 mN/min loading rate. ii) The CMC indentation evidenced the H effect on the AISI 4130M steel HIT. In all loading cycles the HIT was reduced between 7 % and 10 % HIT. iii) For the UNS N07718, without the grain identification, the permeation of H under constant potential increased the HIT values in 16.2 % and 15.3 % for 15 mN/min and 480 mN/min loading rates, respectively. iv) Under galvanostatic H permeation and using a 5 mN/min loading rate the UNS N07718 presented a HIT reduction of 8.7 % and 3.6 % for grains with the lowest and the highest Schmid factor, respectively; v) using N-ISL indentations, it was observed that the H reduced the HIT values in 37 %. |
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Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio in situ em microconstituintes por meio de nanoindentação instrumentadaIn situ evaluation of hydrogen embrittlement susceptibility in microconstituents using instrumented nanoindentationNanoindentaçãoFragilização por hidrogênioInconelCMSX-4Monocristalnanoindentationhydrogen embrittlementInconelsingle crystalCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAEngenharia mecânicaHidrogênio - AnáliseAço - TestesThis work evaluated the hydrogen embrittlement susceptibility (HES) by means of electrochemical nanoindentation. Three steels (AISI 4130M, AISI 4137M and AISI 4140) and two Ni-alloys (UNS N07718 (Inconel 718®) and CMSX-4) were evaluated. Nanoindentation tests with different loading rates were performed under in situ hydrogen (H) charging. Hydrogen charging was carried out using cathodic polarization of samples immersed in a NaCl 3.5 % aqueous solution. For UNS N07718 tests were performed on grains with two different crystallographic orientations. In turn, for the AISI 4130M steel and CMSX-4 alloy, continuous multicycle (CMC) indentation type was carried out. Exclusively for the CMSX-4 alloy, incremental step loading indentations (N-ISL) were performed. It was possible to conclude that the HES evaluation by electrochemical nanoindentation is influenced by the proper selection of the loading rate. The N-ISL profile was efficient for HES evaluation since it favors the H accumulation under the indenter tip, enhancing its effect. Under the investigated experimental conditions all materials are susceptible to hydrogen embrittlement since the following H effects were observed: i) the H permeation increased the AISI 4137M and AISI 4140 steels nanohardness (HIT) in 9.8 % and 15.3 %, respectively, for a 5 mN/min loading rate. ii) The CMC indentation evidenced the H effect on the AISI 4130M steel HIT. In all loading cycles the HIT was reduced between 7 % and 10 % HIT. iii) For the UNS N07718, without the grain identification, the permeation of H under constant potential increased the HIT values in 16.2 % and 15.3 % for 15 mN/min and 480 mN/min loading rates, respectively. iv) Under galvanostatic H permeation and using a 5 mN/min loading rate the UNS N07718 presented a HIT reduction of 8.7 % and 3.6 % for grains with the lowest and the highest Schmid factor, respectively; v) using N-ISL indentations, it was observed that the H reduced the HIT values in 37 %.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)Este trabalho avaliou a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio (SFH) dos aços AISI 4130M, AISI 4137M, AISI 4140 e das ligas de níquel UNS N07718 (Inconel 718®) e CMSX-4 via nanoindentação instrumentada com a permeação in situ de hidrogênio (H). Foram realizados ensaios em diferentes taxas de carregamento. Para a liga UNS N07718, estes ensaios foram realizados em grãos com diferentes direções cristalográficas. Por sua vez, para o aço AISI 4130M e para a liga CMSX-4, foram ainda realizadas indentações do tipo multiciclo contínuo (CMC) e exclusivamente para a liga CMSX-4 foram realizadas indentações com carregamento progressivo em patamares (N-ISL). Foi possível concluir que, a avaliação da SFH via nanoindentação é influenciada pela seleção adequada das taxas de carregamento. O perfil N-ISL se mostrou eficiente para avaliação da SFH uma vez que facilita o acúmulo de H, aumentando seu efeito. Nas condições experimentais testadas, os aços AISI 4130M, AISI 4137M, AISI 4140 e as ligas UNS N07718 e CMSX-4 são susceptíveis à fragilização por hidrogênio uma vez que os seguintes efeitos do H foram observados: i) utilizando a taxa de carregamento de 5 mN/min, para os aços AISI 4137M e AISI 4140, a permeação de H na amostra aumentou a nanodureza em 9,8 % e 15,3 %, respectivamente. ii) para o AISI 4130M, somente as indentações do tipo CMC evidenciaram os efeitos do H na nanodureza e se observou uma redução de seus valores entre 7 % e 10 % em todos os ciclos de carregamento; iii) para a liga UNS N07718, sem a identificação dos grãos, a permeação de H sob potencial constante provocou o aumento de 16,2 % e 15,3 % na nanodureza para as taxas de carregamento de 15 mN/min e 480 mN/min, respectivamente. iv) ainda para UNS N07718 a utilização da permeação galvanostática de H e indentações com taxa de carregamento de 5 mN/min em grãos com diferentes direções cristalográficas, se observou uma redução de 8,7 % e de 3,6 % na nanodureza dos grãos com o menor e o maior fator de Schmid, respectivamente; v) utilizando indentações N-ISL, observou-se que o H reduziu a nanodureza da liga CMSX-4 em até 37 %.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaArencibia, Rosenda Valdeshttp://lattes.cnpq.br/5680475427208141Franco, Sinésio Domingueshttp://lattes.cnpq.br/6962236459954318Bose Filho, Waldek Wladimirhttp://lattes.cnpq.br/7343747084770689Vilarinho, Louriel Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/8553716610264673Paes, Marcelo Torres Pizahttp://lattes.cnpq.br/0148916978758197Fiocchi, Arthur Alveshttp://lattes.cnpq.br/3822377177295931Leal, José Eduardo2021-11-26T17:42:09Z2021-11-26T17:42:09Z2021-03-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfLEAL, José Eduardo Silveira. Avaliação da susceptibilidade à fragilização por hidrogênio in situ em microconstituintes por meio de nanoindentação instrumentada. 2021. 152 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.184.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33555http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.184porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-11-27T06:18:32Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/33555Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-11-27T06:18:32Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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This work evaluated the hydrogen embrittlement susceptibility (HES) by means of electrochemical nanoindentation. Three steels (AISI 4130M, AISI 4137M and AISI 4140) and two Ni-alloys (UNS N07718 (Inconel 718®) and CMSX-4) were evaluated. Nanoindentation tests with different loading rates were performed under in situ hydrogen (H) charging. Hydrogen charging was carried out using cathodic polarization of samples immersed in a NaCl 3.5 % aqueous solution. For UNS N07718 tests were performed on grains with two different crystallographic orientations. In turn, for the AISI 4130M steel and CMSX-4 alloy, continuous multicycle (CMC) indentation type was carried out. Exclusively for the CMSX-4 alloy, incremental step loading indentations (N-ISL) were performed. It was possible to conclude that the HES evaluation by electrochemical nanoindentation is influenced by the proper selection of the loading rate. The N-ISL profile was efficient for HES evaluation since it favors the H accumulation under the indenter tip, enhancing its effect. Under the investigated experimental conditions all materials are susceptible to hydrogen embrittlement since the following H effects were observed: i) the H permeation increased the AISI 4137M and AISI 4140 steels nanohardness (HIT) in 9.8 % and 15.3 %, respectively, for a 5 mN/min loading rate. ii) The CMC indentation evidenced the H effect on the AISI 4130M steel HIT. In all loading cycles the HIT was reduced between 7 % and 10 % HIT. iii) For the UNS N07718, without the grain identification, the permeation of H under constant potential increased the HIT values in 16.2 % and 15.3 % for 15 mN/min and 480 mN/min loading rates, respectively. iv) Under galvanostatic H permeation and using a 5 mN/min loading rate the UNS N07718 presented a HIT reduction of 8.7 % and 3.6 % for grains with the lowest and the highest Schmid factor, respectively; v) using N-ISL indentations, it was observed that the H reduced the HIT values in 37 %. |
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