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Type: Dissertação
Title: Study on the effect of microstructural changes on hydrogen embrittlement of a pearlitic steel
Title in English: Study on the effect of microstructural changes on hydrogen embrittlement of a pearlitic steel
Authors: Silva, João Vitor de Araújo
Advisor: Florez, Mauro Andres Cerra
Keywords in Brazilian Portuguese : Aços perlíticos;Fragilização por hidrogênio;Perlita;Bainita;Ensaios eletroquímicos;Aço - Metalografia
Keywords in English : Pearlitic steels;Hydrogen embrittlement;Pearlite;Bainite;Electrochemical tests;Steel - Metallography
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Issue Date: 2026
Citation: SILVA, João Vitor de Araújo. Study on the effect of microstructural changes on hydrogen embrittlement of a pearlitic steel. 2026. Dissertação (Mestrado Engenharia e Ciência de Materiais) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Abstract in Brazilian Portuguese: Os aços perlíticos são amplamente utilizados em aplicações estruturais devido à sua elevada resistência mecânica e viabilidade econômica. Do ponto de vista metalúrgico, as transformações perlítica e bainítica influenciam diretamente as propriedades mecânicas, o comportamento eletroquímico e a suscetibilidade à fragilização por hidrogênio. Neste trabalho, foi investigada a influência das microestruturas de perlita grosseira, perlita fina e bainita na fragilização por hidrogênio de um aço perlítico eutetoide (0,75%C), exposto a uma solução aquosa de NaCl 3,5%. As microestruturas foram obtidas por meio de diferentes rotas de tratamento térmico e foram caracterizadas microestruturalmente. A avaliação experimental envolveu ensaios de dureza, ensaios eletroquímicos incluindo potencial de circuito aberto, polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica, bem como ensaios de tração após carregamento de hidrogênio e ensaios de permeação utilizando uma célula de Devanathan. Os resultados indicaram que o refinamento microestrutural promoveu um aumento na resistência mecânica, mas aumentou a suscetibilidade à fragilização por hidrogênio. A microestrutura bainítica apresentou maior solubilidade de hidrogênio associada à presença de austenita retida, favorecendo o acúmulo localizado de hidrogênio e resultando em uma fragilização severa, intensificada pela transformação martensítica induzida por deformação. Apesar da menor difusividade, essa condição apresentou a maior degradação das propriedades mecânicas. A perlita fina apresentou comportamento intermediário, enquanto a perlita grosseira foi a menos suscetível à fragilização. As análises fractográficas permitiram a identificação dos mecanismos de fragilização atuantes, indicando que o hidrogênio facilita a separação de fases, com as interfaces ferrita/cementita atuando como sítios preferenciais para o acúmulo de hidrogênio e a nucleação de trincas nas microestruturas perlíticas. Na microestrutura bainítica, foi observado um comportamento de fratura mais frágil, com trincas associadas às interfaces entre fases, característica do mecanismo de decohesão aumentada por hidrogênio (HEDE). Os resultados eletroquímicos evidenciaram que as modificações microestruturais interferem na cinética dos processos de corrosão, influenciando a geração e a entrada de hidrogênio no material, o que contribui para as diferenças observadas na suscetibilidade à fragilização entre as microestruturas analisadas.
Abstract: Pearlitic steels are widely used in structural applications due to their high mechanical strength and economic viability. From a metallurgical standpoint, pearlitic and bainitic transformations directly influence the mechanical properties, electrochemical behavior, and susceptibility to hydrogen embrittlement. In this work, the influence of coarse pearlite, fine pearlite, and bainite microstructures on the hydrogen embrittlement of a eutectoid pearlitic steel (0.75%C), exposed to a 3.5% NaCl aqueous solution, was investigated. The microstructures were obtained through different heat treatment routes and were microstructurally characterized. The experimental evaluation involved hardness tests, electrochemical tests including open circuit potential, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy, as well as tensile tests after hydrogen charging and permeation tests using a Devanathan cell. The results indicated that microstructural refinement promoted an increase in mechanical strength but increased susceptibility to hydrogen embrittlement. The bainitic microstructure exhibited higher hydrogen solubility associated with the presence of retained austenite, favoring localized hydrogen accumulation and resulting in severe embrittlement, intensified by deformation-induced martensitic transformation. Despite the lower diffusivity, this condition showed the greatest degradation of mechanical properties. Fine pearlite exhibited intermediate behavior, while coarse pearlite was the least susceptible to embrittlement. Fractographic analyses allowed the identification of the acting embrittlement mechanisms, indicating that hydrogen facilitates phase separation, with ferrite/cementite interfaces acting as preferential sites for hydrogen accumulation and crack nucleation in pearlitic microstructures. In the bainitic microstructure, a more brittle fracture behavior was observed, with cracks associated with phase interfaces, characteristic of the hydrogen-enhanced decohesion mechanism (HEDE). The electrochemical results evidenced that microstructural modifications interfere with the kinetics of corrosion processes, influencing hydrogen generation and ingress into the material, which contributes to the differences observed in embrittlement susceptibility among the analyzed microstructures.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87479
Author's ORCID: https://orcid.org/0009-0005-7292-5402
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/4100045082564153
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0336-8463
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3058514456067923
Access Rights: Acesso Embargado
Appears in Collections:DEMM - Dissertações defendidas na UFC

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