PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
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Dissertação de Mestrado 2023

Fragilização por hidrogênio do aço inoxidável 15-5PH processado por manufatura aditiva

Autor

Fábio Franco Morgado

Orientador

Área de Concentração

Materiais, Manufatura e Automação

Data de Defesa

07/07/2023

Número da Tese

79246

Resumo

O aço inoxidável 15-5PH, objeto dessa pesquisa, é um aço de alta resistência mecânica que combina boa ductilidade e resistência à corrosão, possuindo aplicação em componentes críticos como peças do trem de pouso no caso do setor aeroespacial. A atividade desse setor, muitas vezes, expõe o material aeronáutico à ambientes extremamente corrosivos, que provocam a diminuição da vida útil de suas peças. Em ambientes petrolíferos, por exemplo, a presença do gás sulfeto de hidrogênio H2S expõe os aços a íons H+, o que pode provocar o fenômeno da fragilização por hidrogênio, isto é, um tipo de corrosão que os deterioram, prejudicando a sua integridade estrutural incorrendo, frequentemente, em falhas catastróficas intoleráveis a componentes críticos de engenharia. O objetivo central desse estudo, por conseguinte, é a caracterização da fragilização por hidrogênio do aço 15-5PH processado por fusão a laser em leito de pó, do inglês laser powder bed fusion ou L-PBF, um processo de fabricação por manufatura aditiva (MA) que surgiu como um método promissor para a fabricação de componentes metálicos de alta performance. Entretanto, por ser um processamento relativamente novo e disruptivo, sendo por muitos considerado como um dos pilares tecnológicos da 4ª revolução industrial, as suas consequências nas propriedades mecânicas e eletroquímicas nesses materiais anda não são completamente compreendidas, estando em pleno desenvolvimento científico. Para tanto, comparou-se amostras desse aço fabricadas por manufatura convencional (MC) com amostras processadas por MA, em diferentes pós-processamentos, configurando-se em cinco grupos amostrais: MA as-built, solubilizado e envelhecido; e MC solubilizado e envelhecido. A caracterização microestrutural contou com metalografia, espectroscopia de raios X por dispersão de energia - EDS, e por difração de raios X - DRX. Realizou-se, também, ensaios de microdureza, permeação eletroquímica, e tração uniaxial. Sendo assim, as amostras processadas por MA revelaram microestruturas mais refinadas que as processadas por MC, e com um percentual de austenita retida em torno de 15% para as amostras não solubilizadas. Como resultado, identificou-se um decaimento de ordem da difusividade aparente, de 10-12 para 10-13, o que contribuiu para que essas amostras tivessem maior susceptibilidade à fragilização por hidrogênio, evidenciando uma drástica perda de 58% de resistência mecânica e de 92% da plasticidade.

Palavras-chave

Aços inoxidáveis Corrosão Fragilização por hidrogênio Processos de manufatura Propriedades mecânicas Metalurgia Engenharia de materiais