Já alguma vez se perguntou por que razão algumas peças metálicas se fracturam subitamente, mesmo em condições normais? Este fenómeno, conhecido como fragilização por hidrogénio, representa um risco significativo em várias indústrias. O nosso artigo explora a forma como o hidrogénio penetra no metal durante processos como a galvanoplastia, levando a falhas inesperadas. Ao compreender os mecanismos subjacentes a este problema e ao implementar medidas preventivas, pode aumentar a durabilidade e a segurança dos seus componentes metálicos. Mergulhe no nosso guia para aprender soluções práticas para combater a fragilização por hidrogénio.
Em todas as soluções de galvanoplastia, existe a presença de iões de hidrogénio resultantes da dissociação das moléculas de água.
Como resultado, durante o processo de revestimento, o metal é depositado a partir do cátodo (reação principal) e o hidrogénio é também depositado (reação secundária).
A evolução do hidrogénio tem múltiplos impactos, sendo a fragilização por hidrogénio o mais significativo.
A fragilização por hidrogénio é um risco importante para a qualidade em tratamento de superfície e pode provocar a quebra de peças durante a utilização, causando acidentes graves.
É fundamental que os técnicos de tratamento de superfícies tenham um conhecimento profundo das técnicas de prevenção e eliminação da fragilização por hidrogénio, de modo a minimizar os seus efeitos.
A fragilização por hidrogénio manifesta-se tipicamente como uma fratura retardada sob tensão.
As peças galvanizadas, tais como molas de automóveis, anilhas, parafusos e molas de lâminas, são conhecidas por se partirem apenas algumas horas após a montagem, com uma taxa de fratura de 40% a 50%.
No caso de um produto especial com peças revestidas a cádmio, um lote apresentou fissuras e fracturas.
Foi realizada uma investigação a nível nacional e foi estabelecido um processo de desidrogenação rigoroso.
Além disso, alguns casos de fragilização por hidrogénio não resultam em fratura retardada.
Por exemplo, o cabide de galvanização, feito de fio de aço e fio de cobre, pode ficar impregnado de hidrogénio devido a repetidas galvanizações, decapagens e desplacamentos, levando a uma fratura frágil após apenas uma utilização.
Do mesmo modo, a vareta utilizada para o forjamento de precisão de armas de caça pode partir-se após várias cromagem processos.
Nalguns casos, as peças temperadas com elevada tensão interna podem fissurar durante a decapagem, devido a uma forte permeação de hidrogénio. Estas fissuras podem ocorrer sem tensão externa e a resistência original não pode ser restaurada através da remoção do hidrogénio.
A ocorrência de fratura retardada é causada pela difusão e acumulação de hidrogénio nas peças, especificamente nas áreas de concentração de tensões que têm defeitos metálicoscomo deslocações ou buracos na rede atómica.
À medida que o hidrogénio se difunde para estes defeitos, os átomos de hidrogénio combinam-se para formar moléculas de hidrogénio, que geram alta pressão.
Esta pressão cria uma força em combinação com o tensão residual no interior do material e a tensão externa sobre o material.
Se a força resultante exceder a limite de elasticidade do material, este irá fraturar.
A velocidade de difusão do hidrogénio e, por conseguinte, a ocorrência de fragilização por hidrogénio, depende do gradiente de concentração, da temperatura e do tipo de material.
Os materiais com raios atómicos pequenos, como o aço e o cobre, são mais susceptíveis à difusão do hidrogénio, ao passo que é mais difícil para o hidrogénio difundir-se no cádmio, estanho, zinco e suas ligas.
A camada de revestimento de cádmio é particularmente resistente à difusão de hidrogénio, uma vez que o hidrogénio gerado durante o revestimento de cádmio permanece na camada de revestimento e na camada de superfície metálica subjacente, dificultando a sua difusão para o exterior e a sua remoção.
Ao longo do tempo, o hidrogénio difunde-se no metal e pode introduzir defeitos no metal, tornando difícil a sua remoção.
A difusão do hidrogénio é lenta a temperaturas normais e deve ser aquecida para o remover.
Com o aumento da temperatura, a solubilidade do hidrogénio no aço também aumenta.
No entanto, uma temperatura demasiado elevada pode reduzir a dureza do material.
É importante considerar a temperatura para a remoção de tensões antes do revestimento e a remoção de hidrogénio após o revestimento, de modo a não reduzir a dureza do material, evitar a temperatura de têmpera frágil de alguns aços e manter o desempenho do revestimento.
No processo de remoção de ferrugem e incrustações, o jato de areia deve ser utilizado tanto quanto possível.
Se for necessária uma lavagem ácida, deve ser adicionado à solução um inibidor de corrosão, como a rutina.
Para a remoção de óleo, devem ser utilizados agentes químicos de remoção de óleo, agentes de limpeza ou solventes com baixa permeação de hidrogénio.
Se for escolhida a remoção eletroquímica de óleo, o cátodo deve ser seguido pelo ânodo.
Na galvanoplastia, a quantidade de permeação de hidrogénio é baixa em soluções de galvanoplastia alcalinas ou em soluções com elevada eficiência de corrente.
É amplamente aceite que, na galvanoplastia com Cr, Zn, Cd, Ni, Sn e Pb, o hidrogénio pode penetrar facilmente nas peças de aço, ao passo que os revestimentos feitos de metais como Cu, Mo, Al, Ag, Au e W têm baixa difusividade e baixa solubilidade do hidrogénio, o que leva a uma menor permeabilidade ao hidrogénio.
Quando os requisitos técnicos do produto são cumpridos, podem ser utilizados revestimentos que não causem permeação de hidrogénio.
Por exemplo, o revestimento Dacromet pode ser utilizado como alternativa ao revestimento de zinco, sem causar fragilização por hidrogénio.
Este revestimento oferece uma resistência à corrosão melhorada de 7-10 vezes e tem uma boa aderência.
A espessura da película de 6-8um é semelhante a um revestimento fino de zinco e não afectará a montagem.
Se as peças tiverem uma elevada tensão residual após a têmpera, a soldadura ou outros processos, deve ser efectuado um tratamento de revenido antes do revestimento para reduzir o risco de permeação de hidrogénio.
Em geral, as peças com elevada permeação de hidrogénio durante a galvanização devem ser desidrogenadas o mais rapidamente possível, uma vez que o hidrogénio na camada de galvanização e no metal de base da superfície continuará a difundir-se na matriz de aço ao longo do tempo.
Os projectos de normas internacionais estipulam que o tratamento de desidrogenação deve, idealmente, ser realizado no prazo de 1 hora após o revestimento, mas não mais de 3 horas.
Existem também normas semelhantes na China relativamente à desidrogenação antes e depois da galvanização.
A desidrogenação pós-galvanização é normalmente conseguida através de aquecimento e cozedura, com uma gama de temperaturas de 150-300°C e isolamento durante 2-24 horas.
A temperatura exacta e o tempo de tratamento devem ser determinados com base no tamanho, resistência, propriedades do revestimento e tempo de revestimento das peças.
A desidrogenação é normalmente efectuada num forno, com a temperatura para peças galvanizadas a variar entre 110-220°C, e a temperatura deve ser controlada com base no material de base.
Para materiais elásticos, peças de paredes finas com menos de 0,5 mm e peças de aço com requisitos de elevada resistência mecânica, o tratamento de remoção de hidrogénio deve ser efectuado após a galvanização.
Para evitar a "fragilização pelo cádmio", a temperatura de desidrogenação das peças revestidas com cádmio não deve ser demasiado elevada, normalmente entre 180-200°C.
A sensibilidade à fragilização por hidrogénio aumenta com a resistência do material, o que é um conceito fundamental que os técnicos de tratamento de superfícies devem compreender quando preparam as especificações do processo de galvanoplastia.
As normas internacionais exigem que o aço com uma resistência à tração de σb > 105kg/mm2 seja submetido a um tratamento de remoção de tensões antes do revestimento e a um tratamento de remoção de hidrogénio após o revestimento.
A indústria aeronáutica francesa exige um tratamento de desidrogenação correspondente para peças de aço com um limite de elasticidade de σs > 90kg/mm2.
Porque existe uma forte correlação entre os resistência e dureza do aço, é mais fácil avaliar a sensibilidade à fragilização por hidrogénio dos materiais pela sua dureza do que pela sua resistência.
Os desenhos dos produtos e os processos de maquinagem incluem normalmente dureza do aço, tornando mais cómoda a sua avaliação.
Na galvanoplastia, foi observado que o aço com uma dureza de aproximadamente HRC38 começa a apresentar um risco de fratura por fragilização por hidrogénio.
Para peças com uma dureza superior a HRC43, deve ser considerada a desidrogenação após o revestimento.
Se a dureza for de cerca de HRC60, o tratamento de desidrogenação deve ser efectuado imediatamente após o tratamento de superfície, caso contrário, as peças de aço racharão em poucas horas.
Para além do dureza do açoDevem também ser tidos em conta os seguintes factores:
Remoção da fragilização por hidrogénio
A questão principal é o fenómeno de "hidrogenação" que ocorre no processo de galvanoplastia. Os produtos não qualificados que está a utilizar não resultam necessariamente do processo de galvanoplastia em si, uma vez que a maioria dos métodos de galvanoplastia (exceto a galvanoplastia de vácuo) provoca hidrogenação no metal.
No entanto, muitos tratamento de superfícies metálicas As instalações de galvanoplastia omitem a etapa final, nomeadamente o processo de "desidrogenação", para poupar nos custos de produção. Este processo, que é essencial para peças metálicas com requisitos de resistência, envolve o aquecimento das peças a uma temperatura elevada de 120-220°C durante 1-2 horas após a galvanoplastia.
Se o utilizador não tiver conhecimento ou não tiver solicitado ou aceite este processo, pode poupar 5-15% do custo. Isto pode resultar na "fragilidade" dos parafusos revestidos, dos calços de mola e de outras peças.
As condições específicas para o tratamento de desidrogenação devem ser controladas de acordo com os requisitos das peças.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
DE 
ES 
FR 
NL 
RU 