Propriedades da austenita expandida por hidrogênio e sua interação com a fase γN em uma liga Fe-Cr-Ni - Chuproski, Rafael Fillus (2023)
A permeação de hidrogênio produz efeitos diversos nos metais. Um desses efeitos é a retenção intersticial durante a carga catódica, que é de breve duração e, geralmente, é negligenciada nos estudos sobre fragilização por hidrogênio. Avaliou-se esse fenômeno por ensaios estruturais e mecânicos in situ em um aço inoxidável superaustenítico (AISA), à luz de teorias recentes sobre a difusão e retenção de elementos intersticiais em ligas Fe-Cr-Ni. O fluxo de hidrogênio do eletrólito através da superfície do AISA produz uma saturação dos interstícios da estrutura cúbica de face centrada (CFC), formando uma fase expandida por hidrogênio. Essa fase demonstra semelhanças com a fase austenita expandida por nitrogênio, γN. A expansão da rede apresenta dois estágios, alta (γH) e baixa expansão (γe). O caráter metaestável da estrutura fica evidente pelo seu rápido decaimento, γH → γe → γ, que se completa no período de aproximadamente um dia. A camada com a fase expandida apresenta dureza duas vezes maior e módulo de elasticidade 17% superior ao do substrato. Com o decaimento da fase γH, essas propriedades retornam aos níveis da liga não modificada. A hidrogenação afeta a resposta elastoplástica da superfície. Sob taxas de deformação elevadas, o aumento da plasticidade localizada por ação do hidrogênio, descrito pelo mecanismo HELP, é superado pelo endurecimento por solução sólida. Por outro lado, a fragilização por hidrogênio domina a interação plástica da superfície quando as taxas de deformação são baixas. Avaliou-se, também, a inibição do fluxo de hidrogênio através de uma camada nitretada composta pela fase γN, submetida às mesmas condições anteriores de carga catódica. A superfície modificada inibe parcialmente a entrada de íons, devido à presença de um gradiente de potencial químico contrário ao seu fluxo, que resultam em expansão de rede menor do que a observada no material base. A dureza da camada nitretada, superior à do substrato (6,5 GPa e 2,5 GPa, respectivamente), aumenta mais após a carga catódica, chegando a ~10 GPa. Com a desidrogenação, os valores retornam aos níveis anteriores à hidrogenação. A hidrogenação altera a resposta elastoplástica da camada nitretada, a qual passa a apresentar características frágeis. O mecanismo que leva ao desprendimento parcial de regiões da camada se deve ao efeito competitivo entre tensões residuais compressivas, impostas pela γN, e trativas na interface γN/γ. Nesta última, forma-se o hidrogênio molecular H2, que irrompe através da camada nitretada γN, seletivamente por direções cristalográficas favoráveis à difusão e acúmulo de hidrogênio. Conclui-se que a fase expandida γH pode ser satisfatoriamente entendida pelos mecanismos de difusão e aprisionamento intersticiais na rede CFC, considerando-se sua característica altamente metaestável.